1 Introducción

1.1 Historia

• Java es un lenguaje creado en 1995 por James Gosling en la empresa Sun Microsystems.

• La versión 1.0 se publicó en enero de 1996.

• Desde 2002, la evolución del lenguaje ha sido regulada por el JCP (Java Community Process).

• El 13 de noviembre de 2006, Sun publicó gran parte de la tecnología Java como software libre, bajo los términos de la Licencia Pública General GNU (GPL).

• En 2010, Oracle Corporation compra Sun Microsystems, por lo que Java pasa a formar parte de Oracle.

1.2 Versiones

1.3 Características principales

• Los cinco objetivos principales que se plantearon al diseñar el lenguaje Java, y que a día de hoy siguen siendo sus características principales, son:

  • Debe usar el paradigma de la programación orientada a objetos.

  • Debe permitir la ejecución de un mismo programa en múltiples sistemas operativos.

  • Debe incluir por defecto soporte para trabajo en red.

  • Debe diseñarse para ejecutar código en sistemas remotos de forma segura.

  • Debe ser fácil de usar y tomar lo mejor de otros lenguajes orientados a objetos, como C++.

2 La tecnología Java

2.1 Máquinas reales vs. virtuales

• Una máquina abstracta es una máquina diseñada independientemente de una determinada tecnología de fabricación.

• Su finalidad no es la de ser construida físicamente, sino servir como modelo teórico de computación con el que modelar el comportamiento de un determinado hardware o software.

• Para ello, el diseño de la máquina abstracta debe incluir una descripción detallada de su funcionamiento, las unidades funcionales que la componen, el conjunto de instrucciones que es capaz de ejecutar y el efecto que producen dichas instrucciones en el estado de la máquina.

• Una máquina virtual (también llamado emulador) es un software que emula el funcionamiento de otra máquina.

  Las máquinas virtuales pueden emular máquinas reales o abstractas.

• Cuando una máquina virtual emula a una máquina abstracta, se dice que la máquina virtual implementa a la máquina abstracta.

2.2 Código objeto (bytecode )

• El compilador de Java traduce el código fuente (archivos con extensión .java) en código objeto (código binario almacenado en archivos con extensión .class) para una máquina virtual llamada Java Virtual Machine (JVM).

• Al código objeto generado por el compilador de Java se le denomina bytecode.

• Por tanto, el bytecode es el lenguaje máquina al que compila el compilador de Java y es, además, el único lenguaje que entiende la JVM.

2.3 La plataforma Java

• La plataforma Java es el nombre de una plataforma de desarrollo y ejecución de programas que se compone de un amplio abanico de tecnologías:

  • La especificación de:

    • El lenguaje de programación Java.
    • La biblioteca estándar de Java.
    • La máquina virtual de Java (Java Virtual Machine (JVM)).

  • La implementación, que se reparte en:

    • El Java Runtime Environment (JRE): implementa la JVM y la biblioteca estándar.
    • El Java Development Kit (JDK): implementa las herramientas de desarrollo y el lenguaje Java.

• Para poder desarrollar y ejecutar programas Java, necesitamos una implementación de la plataforma Java que funcione en nuestro sistema operativo y nuestra arquitectura hardware.

2.3.1 La máquina virtual de Java (JVM)

• La máquina virtual de Java (del inglés, Java Virtual Machine o JVM) es una máquina virtual capaz de interpretar y ejecutar instrucciones expresadas en un código binario especial llamado bytecode, el cual es generado por el compilador del lenguaje Java, entre otros.

• El bytecode de Java no es un lenguaje de alto nivel, sino un verdadero código máquina de bajo nivel, viable incluso como lenguaje de entrada para un microprocesador físico.

• La gran ventaja de usar la JVM es la portabilidad, de manera que se han creado diferentes implementaciones de la misma máquina virtual para diferentes arquitecturas, y, así, un código objeto (archivo .class) puede ser ejecutado en cualquier sistema operativo y arquitectura hardware que disponga de una implementación de la máquina virtual.

2.3.2 La API de Java

• Una API (Application Programming Interface) define un conjunto de funcionalidades recogidas en funciones y/o métodos que ofrece una determinada biblioteca para ser utilizado como una capa de abstracción por otro software o por el programador de un lenguaje.

• Los sistemas operativos ofrecen servicios para simplificar la tarea de programación.

  Esos servicios se ofrecen en forma de un conjunto de bibliotecas dinámicas que las aplicaciones pueden llamar cuando lo necesiten.

• Como la plataforma Java está pensada para ser independiente del sistema operativo subyacente, las aplicaciones no pueden apoyarse en servicios ofrecidos por cada sistema en concreto.

• Por tanto, lo que hace la plataforma Java es ofrecer una biblioteca estándar que contiene mucha de las funciones disponibles en los sistemas operativos actuales.

2.4 Las herramientas de desarrollo de Java (JDK)

• Las herramientas de desarrollo de Java (del inglés, Java Development Kit o JDK) constituyen el software necesario para desarrollar programas Java.

• Contiene:

  • Un compilador (javac) que traduce código Java a bytecode.

  • Una copia completa del JRE.

  • Otras herramientas de desarrollo: un generador de documentación, un empaquetador de archivos .jar, un desensamblador de archivos .class, un depurador, el intérprete interactivo jshell…

2.4.0.1 Instalación

• Instalación en Debian GNU/Linux o Ubuntu:

  Ejecutar los siguientes comandos desde un terminal del sistema operativo:

  $ sudo apt update
  $ sudo apt install openjdk-17-jdk

• Instalación en Windows:

  Visitar https://adoptopenjdk.net, descargar e instalar la versión adecuada a la versión de Windows que se está usando.

2.4.1 El compilador javac

• El programa javac es el compilador que traduce el código fuente escrito en lenguaje Java (y almacenado en archivos .java) a bytecode almacenado en archivos .class.

• Por cada clase definida en el archivo fuente, el compilador generará un archivo .class con el código objeto en bytecode generado para esa clase.

• El código objeto se almacena en archivos con extensión .class porque la mayoría de los archivos .java contienen definiciones de clases escritas en lenguaje Java.

2.4.2 El intérprete interactivo jshell

• Desde la versión Java 9, el JDK incorpora un intérprete interactivo llamado jshell que funciona de forma similar al intérprete interactivo de Python.

• Al igual que el de Python, ese intérprete actúa siguiendo el esquema REPL (Read, Print, Eval, Loop).

• Nos permite hacer experimentos en tiempo real, comprobar el resultado de evaluar expresiones o de ejecutar sentencias.

• Se arranca con la orden jshell y se sale de él con Ctrl+D:

  $ jshell
  |  Welcome to JShell -- Version 14.0.2
  |  For an introduction type: /help intro
  
  jshell> 2 + 3
  $1 ==> 5

2.5 El entorno de ejecución de Java (JRE)

• El entorno de ejecución de Java (del inglés Java Runtime Environment o JRE) es el software necesario para ejecutar programas Java en un determinado sistema operativo y arquitectura hardware.

• Para cada dispositivo (ya sea un teléfono móvil, un PC con Linux o un microondas) debe haber un JRE.

• El JRE actúa como intermediario entre Java y el sistema operativo.

• Básicamente, consiste en una implementación de la JVM y de la biblioteca estándar (el API).

• Ambas (JVM y API) deben ser compatibles entre sí, de ahí que sean distribuidas conjuntamente en forma de JRE.

JRE = JVM + API

2.5.1 El intérprete java

• El programa java es el intérprete que implementa la JVM en el JRE.

• Es el programa que usamos para cargar y ejecutar los programas compilados a bytecode almacenados en archivos .class.

• Como su extensión indica, un archivo .class contiene generalmente la definición de una clase Java compilada en bytecode.

• En Java, las instrucciones que forman un programa están prácticamente todas contenidas en clases. Por tanto, la ejecución de un programa Java empezará siempre desde una clase concreta, llamada clase principal, el cual debe contener el método principal.

• Para ejecutar un programa Java, debemos pasarle al intérprete java el nombre de la clase principal.

• No es necesario disponer de los archivos fuente .java para ejecutar un programa Java; sólo el código objeto almacenado en los .class.

3 El primer programa Java

3.1 El primer programa Java

/*
 * ¡Hola, mundo!
 */
public class Principal {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hola");          // Imprime "Hola"
    }
}

• Suponiendo que ese código se escribe en un archivo llamado Principal.java, para compilarlo desde un terminal del sistema operativo podemos hacer:

  $ javac Principal.java

  lo que creará (o actualizará, si ya existía) un archivo Principal.class con el bytecode de la clase Principal.

• Ahora ya podemos ejecutar el programa haciendo:

  $ java Principal
  Hola

3.2 Tipado estático vs. dinámico

• Java es un lenguaje de tipado estático, a diferencia de Python donde el tipado es dinámico.

• Por tanto, en Java hay que declarar el tipo de todos los datos que se van a usar en el programa:

  • Variables (incluyendo los campos de las clases).

  • Parámetros de los métodos.

  • Valores de retorno de los métodos.

• En Python, las variables empiezan a existir en cuanto se les asigna un valor, pero en Java hay que declararlas antes de poder usarlas, por lo que empiezan a existir desde su declaración, aunque no se les haya asignado ningún valor.

• En las declaraciones de variables, parámetros o valores de retorno, los tipos se indican antes del identificador correspondiente, no después.

3.3 El método main

• Todo programa Java comienza su ejecución por un método (llamado método principal) que debe tener la siguiente signatura:

  public static void main(String[] args)

• Por tanto, ese método:

  • Debe llamarse main.

  • Debe declararse como estático (usando la palabra clave static).

  • Debe tener un único parámetro llamado args de tipo String[] (que significa «array de cadenas»).

  • No debe devolver ningún valor (su tipo de retorno es void).

  • Debe definirse en la clase principal del programa.

  • Su visibilidad debe ser pública.

3.4 La clase principal

• La clase principal del programa es aquella que contiene el método principal.

• Las clases se definen con la palabra clave class, seguida de su nombre y su definición (entre llaves { y }).

• Además, y aunque aquí no resulta estrictamente necesario, se recomienda marcar la clase principal como pública usando el modificador public (en su momento veremos qué significa eso).

• En este caso, se debe cumplir que:

  • Esa clase sea la única clase pública que haya en el archivo fuente.

  • El nombre del archivo fuente debe coincidir exactamente con el de la clase (con la extensión .java).

• Siempre se recomienda que haya una única clase por cada archivo fuente y que el nombre de la clase y el de su archivo coincidan.

3.5 La clase System

• La clase System contiene varios atributos útiles y que se utilizan con frecuencia en muchos programas Java.

• Todos sus miembros (tanto variables como métodos) son estáticos.

• No se puede instanciar.

• Entre las facilidades que ofrece la clase System se encuentran:

  • Los flujos de entrada estándar (in), salida estándar (out) y salida estándar de errores (err).

  • Acceso a propiedades definidas externamente y variables de entorno.

  • Un medio para cargar archivos y bibliotecas.

  • Un método para copiar rápidamente una parte de un array.

3.6 El paquete java.lang

• Java agrupa las clases (y otros elementos que también veremos, como las interfaces) en unidades llamadas paquetes.

• Los paquetes de Java actúan de forma similar a los módulos de Python y, por tanto, ayudan a la modularización del código.

• Cuando una clase está definida dentro de un paquete, decimos que «pertenece al paquete» o que está «contenida en el paquete».

• En tal caso, el nombre totalmente cualificado de la clase está formado por el nombre del paquete al que pertenece y el nombre de la propia clase, separados por un punto (.), de la siguiente forma:

  ⟨paquete⟩.⟨clase⟩

• A veces se denomina nombre corto al nombre de la clase sin la parte correspondiente al paquete al que pertenece (si pertenece a alguno).

3.7 El objeto out

• El objeto out representa el flujo de salida estándar del programa.

• Ese flujo ya está abierto y listo para aceptar datos de salida.

• Normalmente, ese flujo está conectado a la pantalla.

• out es una instancia de la clase PrintStream, la cual define qué métodos se pueden invocar sobre ese objeto.

• out es un miembro estático de la clase System.

• Por tanto, para acceder a él tenemos que usar el operador punto (.) a partir del nombre de la clase:

  System.out

3.8 El método println

• El método println está definido en la clase PrintStream y, por tanto, se puede invocar sobre el objeto out.

• Ese método sirve para imprimir un valor por la salida, seguido de un salto de línea:

  System.out.println("Hola");

• Equivale aproximadamente a la función print de Python.