چرا جاوا زبانی جالب است؟

[l4tr0d3ctism]

در یكی از مقالات شركتSun، زبان جاوا را با این خصوصیات شرح می*دهد:
جاوا یك زبان ساده، شی گرا، *توزیع شده، تفسیر شده، قدرتمند، ایمن، با معماری خنثی، قابل حمل، با عملكرد سطح بالا چند نخ كشی شده و پویا است.
Sun تصدیق می*کند كه به طور قطع این كلمات رشته*هایی از واژه*های متداول در زبان برنامه نویسی هستند، اما حقیقت این است كه این واژه*ها به طور ماهرانه*ای خصوصیات این زبان را شرح می*دهند.
حال به برخی از خصلت*های جاوا در پشت این واژه*ها می*پردازیم.

شی گرا: Object Oriented

جاوا یك زبان برنامه نویسی شی*گرا است. برای یك برنامه نویس این به این معنا است كه به جای فكر كردن به قسمت*های رویه برنامه، باید به كاربرد داده ها و روش*هایی كه روی آن داده ها عمل می*كنند، توجه شود.
اگر شما به برنامه نویسی با اعلان رویه در C عادت كرده اید، ممكن است دریابید كه به هنگام استفاده از جاوا مجبور به تغییر در روش و چگونگی برنامه*تان هستید. هنگامی كه فهمیدید این الگوی جدید چقدر قدرتمند است، به سرعت با آن هماهنگ می*شوید .
در یك سیستم شی گرا، یك كلاس مجموعه*ای از داده*ها و روش*هایی است كه روی آن داده عمل می*كنند. همراه بودن داده*ها و متد*ها رفتار و حالت یك شی را بیان می دارد. كلاس*ها به صورت سلسله مراتبی مرتب شده اند، بنابر این یك زیر كلاس می*تواند رفتار هایی را از كلاس بالاتر به ارث ببرد. یك كلاس سلسله مراتبی همیشه یك كلاس ریشه دارد كه كلاسی است با رفتار های كاملا عمومی .
جاوا به همراه دسته ی گسترده ای از كلاس هایی است كه در بسته هایی مرتب شده اند و شما می*توانید از آنها در برنامه*ی خود استفاده كنید.
یك شی كلاس(in the java.lang package) به عنوان ریشه كلاس سلسله مراتبی جاوا انجام وظیفه می*كند .
درست است كه جاوا طوری طراحی شده است كه مثل C++ باشد و خاصیت های آن را داشته باشد ، اما هنگامی كه با آن كار كنید خواهید فهمید كه بسیاری از پیچیده*گی های آن زبان را از بین برده است .
اگر شما یك برنامه نویس C++ هستید حتما لازم است كه ساختار های شی گرایی در جاوا را به دقت مطالعه كنید. اگرچه تركیب و نحوه دستورات آن تقریبا شبیه C++ است، *اما رفتار های آن خیلی مشابه نیست .

تفسیر شده: Interpreted


جاوا یك زبان تفسیر شده است. كامپایلر جاوا به جای ایجاد كد محلی ماشین، كد بایتی برای ماشین مجازی جاوا ایجاد می*كند. برای اجرای دقیق برنامه، از مفسر جاوا برای اجرای كد های بایتی كامپایل شده استفاده می*شود. به دلیل اینكه كدهای بایتی جاوا به نوع كامپیوتر بستگی ندارند، برنامه*های جاوا می*توانند روی هر نوع كامپیوتری كه JVM (Java Virtual Machine) را دارند، اجرا شوند .
در محیط تفسیر شده، مرحله لینك استاندارد توسعه برنامه از دید كاربر پنهان است. اگر جاوا تنها یك مرحله لینك داشت، فقط بارگذاری كلاس جدید به محیط پردازش می*شد كه این خصوصیت با چرخه كامپایل-لینك-اجرا ی آرام و طاقت فرسای زبان هایی مانند C یا C++ در تضاد است .

معماری خنثی و قابل حمل: Architecture Neutral and Portable


به دلیل اینكه برنامه*های جاوا در فرمت كد بایتی با معماری خنثی كامپایل شده اند، برنامه كاربردی جاوا می*تواند در هر سیستمی اجرا شود.
البته با این شرط كه آن سیستم توانایی پیاده سازی ماشین مجازی جاوا را داشته باشد. این مسئله تقریبا برای كاربردهای توزیع شده روی اینترنت و یا دیگر شبكه*های ناهمگن مهم است. اما روش معماری خنثی برای كاربردهای بر مبنای شبكه مفید است .
به عنوان یك توسعه دهنده برنامه های كاربردی، در بازار نرم افزاری امروز ممكن است بخواهید مدل*های كاربردی خود را توسعه دهید، به طوری كه بتواند رویPc، مكینتاش و سیستم عامل Unix اجرا شود .با وجود گونه*های مختلف Unix ،Windows روی Pc و مكینتاش قوی جدید، رفته رفته تولید نرم افزار برای همه انواع این كامپیوتر ها سخت می*شود. اگر شما برنامه*تان را در جاوا بنویسید می*تواند روی همه*ی این كامپیوترها اجرا شود.
در حقیقت تفسیر شده بودن جاوا وتعریف یك استاندارد، معماری خنثی داشتن و فورمت كد بایتی آن از بزرگترین دلایل قابل حمل بودن آن به شمار می آیند .
اما جاوا باز از این هم بیشتر گام برمی*دارد،* با اطمینان حاصل كردن از اینكه هیچیك از جنبه*های وابستگی اجرایی زبان را ندارد. برای مثال جاوا به طور صریح اندازه هریك از انواع داده را تعریف می*كند كه این با C تفاوت دارد، برای مثال هریک از انواع صحیح می*تواند بسته به نوع کامپیوتر16-32 یا 64 بیت طول داشته باشد .
هنگامی که به صورت تکنیکی امکان نوشتن برنامه*های غیر قابل حمل در جاوا فراهم شد، جلوگیری از چند خاصیت وابسته به نوع کامپیوتر که توسط جاوا API تولید شده و به طور قطع قابل حمل نوشته شده است، آسان است .
یك برنامه جاوا به تولید كنندگان نرم افزار كمك می*كند تا از قابل حمل بودن كد هایشان اطمینان حاصل كنند. برنامه نویسان فقط برای پرهیز از دام غیر قابل حمل بودن برنامه احتیاج به یك تلاش ساده دارند كه شعار تجارتی شركتSun را زنده نگهدارند و آن شعار این است :
" یك بار بنویس ، همه جا اجرا كن" .

پویا و توزیع شده: Dynamic and Distributed


جاوا یك زبان پویا است. هر كلاس جاوا می*تواند در هر زمانی روی مفسر جاوا بارگذاری شود. سپس این كلاس*های بارگذاری شده*ی پویا می*توانند به صورت پویا معرفی شوند. حتی كتابخانه كدهای محلی می*تواند به طور پویا بارگذاری شود. كلاس*ها در جاوا با كلاس Class فراخوانی می*شوند؛ شما می*توانید به طور پویا در مورد یك كلاس در زمان اجرا اطلاعاتی بدست بیاورید. این خصوصیت در جاوا به طور درستی موجود است . با وجود بازتاب API اضافه شده (Application Program Interface ) كه به برنامه ساز امكان می*دهد كه با برنامه از طریق یك برنامه كاربردی دیگر ارتباط برقرار كند .
جاوا حتی با نام زبان توزیع شده نیز خوانده می*شود. به طور ساده این به این معنا است كه این زبان پشتیبانی سطح بالایی برای شبكه به وجود می آورد. برای مثال كلاس URL و كلاس های مرتبط با آن در بسته*ی ava.net ، خواندن فایل*های دوردست را به همان سادگی خواندن فایل*های محلی كرده است. به طور مشابه در جاوا 1-1، احضار روش كنترلی RMI (Remote Method Invocation ) ، API به یك برنامه جاوا اجازه می*دهد كه روش*هایی از اشیاء دور دست جاوا را به همان صورتی كه اگر آن اشیاء محلی بودند آنها را می*خواند، بخواند .( جاوا حتی از سیستم شبكه*ای سطح پایین كه شامل آدرس مقصد و مسیر جریانی كه توسط سوكت*ها متصل شده است ، نیز پشتیبانی می*كند).
طبیعت توزیع شده*ی جاوا زمانیكه با امكانات پویای بارگذاری كلاس همراه می*شود، واقعا درخشنده است . این خصوصیات با هم این امكان را برای مفسر جاوا به وجود می*آورند كه كدها را از اینترنت بارگذاری و اجرا كند. ( همان طور كه بعدا خواهیم دید جاوا باعث می*شود كه با وجود ابزار قدرتمند و ایمن این كار به طور مطمئن انجام شود). این چیزی است كه در هنگام بارگذاری و اجرای یك برنامه كاربردی از اینترنت توسط مرورگر وب، اتفاق می*افتد. اما داستان پیچیده تر از این هم می*تواند باشد. تصور كنید یك پردازشگر كلمه چند رسانه*ای در جاوا نوشته شده است. وقتی از این برنامه پرسیده می*شود كه چند نوع از داده*هایی را كه قبلا هرگز وارد نشده را نمایش دهد، ممكن است به طور دینامیكی یك كلاس را كه می*تواند داده را شناسایی كند، از شبكه بارگذاری كند و بعد كلاس دیگری را كه بتواند داده را از درون یك پوشه

ساده: Simple
جاوا يك زبان ساده است. طراحان جاوا سعي در اين داشتند تا زباني بوجود بياورند كه برنامه نويسان بتوانند به سرعت آن را ياد بگيرند. بنابراين تعداد ساختارهاي اين زبان تقريبا كم است. هدف ديگر طراحي اين زبان اين بود كه به منظور راحتي انتقال آن، آن را طوري طراحي كنند كه براي عده*ي زيادي از برنامه نويسان آشنا باشد. اگر شما يك برنامه نويس C يا C++ هستيد، خواهيد فهميد كه جاوا از بسياري از ساختار هاي C و C++ استفاده مي*كند .
براي اينكه اين زبان را هم به طور ساده و هم آشنا و ملموس و هم كوچك نگه دارند بسياري از خصوصيات C و C++ را در آن حذف كردند. اينها خصوصياتي بودند كه باعث مي*شدند برنامه نويسي ضعيفي صورت بگيرد يا آنهايي بودند كه به ندرت در برنامه استفاده مي*شدند. براي مثال جاوا از دستور goto استفاده نمي*كند، در عوض از دستورهاي break , continue در مواقع نياز استفاده مي*كند.
جاوا از سر فايل*ها(header files) استفاده نمي*كند و پردازشگر C را هم حذف كرده است. به اين دليل كه جاوا يك زبان شي گرا است، ساختارهاي C مثل struct , union از آن برداشته شده است. جاوا حتي بارگذاري مجدد و خواص چندگانه ارث بري از C++ را هم حذف كرده است. شايد مهم*ترين پارامتر ساده بودن جاوا عدم استفاده اين زبان از اشاره گرها باشد. اشاره گرها يكي از بيشترين موجوديت*هاي دردسرساز در C , C++ هستند. چون جاوا ساختمان ندارد و آرايه*ها و رشته*ها اشياء آن هستند، بنابراين احتياجي به اشاره گر نيست. جاوا به طور خودكار آدرس*دهي و دسترسي به محتواي موجود در يك آدرس را براي شما انجام مي*دهد.


قدرتمند: Robust


جاوا براي نوشتن نرم افزارهاي قدرتمند و بسيار ايمن ساخته شده است. جاوا هنوز هم به طور قطع نرم افزار ها را تضمين نمي*كند. تقريبا هنوز هم امكان نوشتن برنامه*هاي مشكل ساز در جاوا وجود دارد، هرچند كه جاوا برخي از انواع مشخص خطاهاي برنامه نويسي را حذف كرده كه به طرز چشمگيري نوشتن نرم افزارهاي ايمن را آسان تر كرده است .
جاوا يك زبان تايپ شده قدرتمند است،* كه اجازه چك شدن مشكلات و خطاهاي تايپي را در زمان كامپايل مي*دهد. جاوا بسيار قويتر از C++ تايپ شده است كه بسياري از خصوصيات انعطاف پذير در زمان كامپايل را از C به ارث برده است. مخصوصا هنگام اعلان توابع، جاوا به مدل اعلان صريح احتياج دارد. اين مسئله ما را از اينكه كامپايلر مي*تواند خطاهاي زمان اعلان را بدست آورد، مطمئن مي*كند. مسئله*اي كه منجر به ايجاد برنامه*هاي ايمن*تري مي*شود.
يكي از چيزهايي كه باعث شده كه جاوا ساده باشد عدم وجود اشاره*گر ها ومحاسبات بر روي آنها است. اين ويژگي حتي قدرت جاوا را هم با از ميان بردن يك كلاس سراسري اشاره گر افزايش مي*دهد.

[l4tr0d3ctism]

ايمن: Secure


يكي از دلايل پرطرفدار بودن جاوا اين است كه يك زبان ايمن است. اين ويژگي مخصوصا به خاطر طبيعت توزيع شده*ي آن بسيار مهم است. بدون وجود امنيت شما قطعا نمي*خواهيد كه يك كد را از يك سايت تصادفي اينترنت بارگذاري كنيد و به آن اجازه اجرا شدن روي كامپيوتر خودتان را هم بدهيد. اين دقيقا همان چيزي است كه مردم هرروز با يك كد جاوا انجام مي*دهند. جاوا به صورت ايمن طراحي شده و چندين لايه كنترل امنيت به وجود مي*آورد كه شما را در برابر كد هاي خطرساز محافظت مي*كنند و به كاربر اجازه مي*دهد كه برنامه*هاي ناشناخته را با خيال راحت اجرا كند .
كدهاي بايتي خراب يا خطرساز ممكن است از ضعف*هاي اجرايي در مفسر جاوا سوء* استفاده كنند. لايه*اي كه در اينجا ما را به طور ايمن محافظت مي*كند، مدل جعبه شني (Sand box) است: كدهاي ناشناخته در يك جعبه شني قرار مي*گيرند جايي كه مي*توانند به صورت ايمن اجرا شوند، بدون اينكه هيچ صدمه*اي به بقيه اجزاء يا محيط جاوا بزنند .
وقتي يك برنامه كاربردي يا ديگر كدهاي ناشناخته در جعبه شني در حال اجرا است،* چند محدوديت در مورد كاري كه مي*تواند انجام دهد، وجود دارد. واضح*ترين اين محدوديت*ها اين است كه هيچ دسترسي به هيچ يك از فايل*هاي محلي سيستم وجود ندارد. در جعبه شني محدوديت ديگري هم وجود دارد كه به وسيله كلاس مديريت امنيت اعمال مي*شود. اين مدل در ابتدا از اينكه سيستم*هاي امنيتي را نصب كرده*ايد يا نه، مطمئن مي*شود، چرا كه همه كلاسهاي جاوا نياز به عمليات حساسي مانند دسترسي به سيستم فايل را دارند . اگر فراخواني به وسيله يك كد ناشناخته به صورت مستقيم يا غير مستقيم انجام شد،* مدير امنيت مورد استثناء* را مي*فرستد و عمليات صورت نمي*گيرد .
و سرانجام در جاوا 1-1 يك راه حل ممكن ديگر براي مشكلات امنيتي وجود دارد، به وسيله ضميمه كردن يك امضاء ديجيتالي به كد جاوا كه اصل آن كد مي*تواند به صورت پنهاني و نهفته ساخته شود. اگر شما اعتماد خود را به يك شخص يا يك سازمان مشخص كرده باشيد، كدي كه امضاء آن هويت مورد اعتماد روي آن قرار دارد،* ايمن و مطمئن است. حتي زمانيكه در حال بارگذاري شدن در شبكه است و ممكن است حتي بدون جلوگيري توسط جعبه شني اجرا شود.

عملكرد سطح بالا: High Performance

جاوا يك زبان تفسير شده است ، بنابر اين هرگز به سرعت زبان كامپايل شده*اي مثل C نخواهد بود . كد C كامپايل شده 10 برابر سريع تر از كد هاي تفسير شده*ي جاوا اجرا مي*شود. اما قبل از اينكه به خاطر اين موضوع مايوس شويد، آگاه باشيد كه اين سرعت بيشتر از آن چيزي است كه براي برنامه*هاي پرسرعت، كاربردهايGUI (Graphical User Interface ) ، برنامه*هاي برمبناي شبكه، جايي كه برنامه كاربردي معمولا آماده براي اجرا شدن است، انتظار براي كاربر كه يك دستوري اعمال كند و يا انتظار براي دريافت از شبكه، لازم است .
به علاوه قسمت*هايي كه به سرعت*هاي بالا نياز دارند، كه كارهايي از قبيل الحاق رشته*ها و مقايسه را انجام مي*دهند، با كد محلي جاوا اجرا مي*شوند .
علاوه بر اين كارايي، بسياري از مفسرهاي جاوا اكنون شامل كامپايلرهاي فقط در زمان " just in time " نيز هستند كه مي*تواند كدهاي بايتي جاوا را براي هر نوعCPU در زمان اجرا به كد ماشين ترجمه كند.
اگر شما خواهان اين هستيد كه قابل حمل بودن كد ها را قرباني بهبود در سرعت آن كنيد ، ميتوانيد بخش قابل توجهي از برنامه خود را در C و C++ بنويسيد و از روش هاي مخصوص جاوا براي مشترك كردن با اين كد محلي جاوا استفاده كنيد.


چند نخ كشي شده: Multitbreaded


در يك برنامه كاربردي بر مبناي GUI شبكه*اي، مثل مرورگر وب، تصور اينكه چند چيز بتوانند به طور همزمان اجرا شوند، آسان است. يك كاربر مي*تواند همزمان با اينكه دارد يك صفحه وب را مي*خواند به يك كليپ صوتي گوش دهد و همزمان در پس زمينه مرورگر يك عكس را بارگذاري كند.
جاوا يك زبان چندنخ كشي شده است، كه از چندين رشته اجرايي (گاهي پردازش سبك وزن خوانده ميشود) پشتيباني مي*كند و مي*تواند چندين كار را انجام دهد. يكي از مزيت*هاي چندنخ كشي شده اين است كه عملكرد سطح بالايي براي كاربردهاي گرافيكي براي كاربر فراهم مي*كند.
اگر شما سعي كرده ايد كه با نخ ها در C و C++ كار كنيد، مي*دنيد كه كمي مشكل است. جاوا برنامه نويسي با نخ*ا را بسيار آسان*ر كرده است، با به وجود آوردن زبان درون ساخته شده*ي كه از نخ*ها پشتيباني مي*کند. بسته jana.lang يك كلاس بوجود آورده است كه از روش هايي براي شروع و پايان يك نخ، و مرتب كردن ترتيب گره ها در ميان چيزهاي ديگر، پشتيباني مي*كند .
به دليل اينكه جاوا استفاده از نخ*ها را بسيار ساده مي*كند، كلاس جاوا در شماري از جاها از اين نخ*ها استفاده مي*كند. براي مثال هر برنامه كاربردي كه انيميشن اجرا مي*كند، از نخ ها استفاده كرده است.