Java para programadores en C++ I - Java

Nota: este es el post más "libro" de la serie. El resto es más tutorial e información concreta, no se preocupen

Un poco de historia

Los microprocesadores estaban teniendo un profundo impacto en los dispositivos electrónicos inteligentes para uso doméstico. Al reconocer esto, Sun Microsystems patrocinó en 1991 un proyecto interno de investigación denominado Green, el cual desembocó en el desarrollo de un lenguaje basado en C++ al que su creador, James Gosling, llamó Oak debido a un roble que tenía a la vista desde su ventana en las ofi cinas de Sun. Posteriormente se descubrió que ya existía un lenguaje de computadora con el mismo nombre. Cuando un grupo de gente de Sun visitó una cafetería local, sugirieron el nombre Java (una variedad de café) y así se quedó.
Pero el proyecto Green tuvo algunas difi cultades. El mercado para los dispositivos electrónicos inteligentes de uso doméstico no se desarrollaba tan rápido a principios de los noventa como Sun había anticipado. El proyecto corría el riesgo de cancelarse. Pero para su buena fortuna, la popularidad de World Wide Web explotó en 1993 y la gente de Sun se dio cuenta inmediatamente del potencial de Java para agregar contenido dinámico, como interactividad y animaciones, a las páginas Web. Esto trajo nueva vida al proyecto.
Sun anunció formalmente a Java en una importante conferencia que tuvo lugar en mayo de 1995. Java generó la atención de la comunidad de negocios debido al fenomenal interés en World Wide Web. En la actualidad, Java se utiliza para desarrollar aplicaciones empresariales a gran escala, para mejorar la funcionalidad de los servidores Web (las computadoras que proporcionan el contenido que vemos en nuestros exploradores Web), para proporcionar aplicaciones para los dispositivos domésticos (como teléfonos celulares, radiolocalizadores y asistentes digitales personales) y para muchos otros propósitos.



Estructura de Java

Los programas en Java constan de varias piezas llamadas clases. Estas clases incluyen piezas llamadas métodos, los cuales realizan tareas y devuelven información cuando completan esas tareas. Los programadores pueden crear cada una de las piezas que necesitan para formar programas en Java. Sin embargo, la mayoría de los programadores en Java aprovechan las ricas colecciones de clases existentes en las bibliotecas de clases de Java, que también se conocen como APIs (Interfaces de programación de aplicaciones) de Java. Por lo tanto, en realidad existen dos fundamentos para conocer el “mundo” de Java. El primero es el lenguaje Java en sí, de manera que usted pueda programar sus propias clases; el segundo son las clases incluidas en las extensas bibliotecas de clases de Java.



Programas en Java

Por lo general, los programas en Java pasan a través de cinco fases: edición, compilación, carga, verifi cación y ejecución.



Fase 1: Creación de un programa

La fase 1 consiste en editar un archivo con un programa de edición (conocido comúnmente como editor). Usted escribe un programa en Java (conocido, por lo general, como código fuente) utilizando el editor, realiza las correcciones necesarias y guarda el programa en un dispositivo de almacenamiento secundario, como su disco duro. Un nombre de archivo que termina con la extensión .java indica que éste contiene código fuente en Java. En este libro asumimos que usted ya sabe cómo editar un archivo.
Dos de los editores que se utilizan ampliamente en sistemas Linux son vi y emacs. En Windows, basta con usar un programa editor simple, como el Bloc de notas. También hay muchos editores de freeware y shareware disponibles para descargarlos de Internet, en sitios como www.download.com.
Para las organizaciones que desarrollan sistemas de información extensos, hay entornos de desarrollo integrados (IDEs) disponibles de la mayoría de los proveedores de software. Los IDEs proporcionan herramientas que dan soporte al proceso de desarrollo del software, incluyendo editores para escribir y editar programas, y depuradores para localizar errores lógicos.

Fase 2: Compilación de un programa en Java para convertirlo en códigos de bytes

En la fase 2, el programador utiliza el comando javac (el compilador de Java) para compilar un programa. Por ejemplo, para compilar un programa llamado Bienvenido.java, escriba
javac Bienvenido.java
en la ventana de comandos de su sistema (es decir, el indicador de MS-DOS en Windows 95/98/ME, el Símbolo del sistema en Windows NT/2000/XP/7, el indicador de shell en Linux o la aplicación Terminal en Mac OS X). Si el programa se compila, el compilador produce un archivo .class llamado Bienvenido.class, que contiene la versión compilada del programa.
El compilador de Java traduce el código fuente en códigos de bytes que representan las tareas a ejecutar en la fase de ejecución (fase 5). La Máquina Virtual de Java (JVM), una parte del JDK y la base de la plataforma Java, ejecuta los códigos de bytes. Una máquina virtual (VM) es una aplicación de software que simula a una computadora, pero oculta el sistema operativo y el hardware subyacentes de los programas que interactúan con la VM. Si se implementa la misma VM en muchas plataformas computacionales, las aplicaciones que ejecute se podrán utilizar en todas esas plataformas. La JVM es una de las máquinas virtuales más utilizadas.
A diferencia del lenguaje máquina, que depende del hardware de una computadora específi ca, los códigos de bytes son instrucciones independientes de la plataforma; no dependen de una plataforma de hardware en especial. Entonces, los códigos de bytes de Java son portables (es decir, se pueden ejecutar en cualquier plataforma que contenga una JVM que comprenda la versión de Java en la que se compilaron). La JVM se invoca mediante el comando java. Por ejemplo, para ejecutar una aplicación llamada Bienvenido, debe escribir el comando
java Bienvenido
en una ventana de comandos para invocar la JVM, que a su vez inicia los pasos necesarios para ejecutar la aplicación. Esto comienza la fase 3.

Fase 3: Cargar un programa en memoria

En la fase 3, el programa debe colocarse en memoria antes de ejecutarse; a esto se le conoce como cargar. El cargador de clases toma los archivos .class que contienen los códigos de bytes del programa y los transfi ere a la memoria principal. El cargador de clases también carga cualquiera de los archivos .class que su programa utilice, y que sean proporcionados por Java. Puede cargar los archivos .class desde un disco en su sistema o a través de una red (como la de su universidad local o la red de la empresa, o incluso desde Internet).

Fase 4: Verificación del código de bytes

En la fase 4, a medida que se cargan las clases, el verifi cador de códigos de bytes examina sus códigos de bytes para asegurar que sean válidos y que no violen las restricciones de seguridad. Java implementa una estrecha seguridad para asegurar que los programas que llegan a través de la red no dañen sus archivos o su sistema (como podrían hacerlo los virus de computadora y los gusanos).

Fase 5: Ejecución

En la fase 5, la JVM ejecuta los códigos de bytes del programa, realizando así las acciones especifi cadas por el mismo. En las primeras versiones de Java, la JVM era tan sólo un intérprete de códigos de bytes de Java. Esto hacía que la mayoría de los programas se ejecutaran con lentitud, ya que la JVM tenía que interpretar y ejecutar un código de bytes a la vez. Por lo general, las JVMs actuales ejecutan códigos de bytes usando una combinación de la interpretación y la denominada compilación justo a tiempo (JIT). En este proceso, la JVM analiza los códigos de bytes a medida que se interpretan, buscando puntos activos: partes de los códigos de bytes que se ejecutan con frecuencia. Para estas partes, un compilador justo a tiempo (JIT) (conocido como compilador HotSpot de Java) traduce los códigos de bytes al lenguaje máquina correspondiente a la computadora. Cuando la JVM encuentra estas partes compiladas nuevamente, se ejecuta el código en lenguaje máquina, que es más rápido. Por ende, los programas en Java en realidad pasan por dos fases de compilación: una en la cual el código fuente se traduce a código de bytes (para tener portabilidad a través de las JVMs en distintas plataformas computacionales) y otra en la que, durante la ejecución, los códigos de bytes se traducen en lenguaje máquina para la computadora actual en la que se ejecuta el programa.

Problemas que pueden ocurrir en tiempo de ejecución

Es probable que los programas no funcionen la primera vez. Cada una de las fases anteriores puede fallar, debido a diversos errores que describiremos en este texto. Por ejemplo, un programa en ejecución podría intentar una división entre cero (una operación ilegal para la aritmética con números enteros en Java). Esto haría que el programa de Java imprimiera un mensaje de error. Si esto ocurre, tendría que regresar a la fase de edición, hacer las correcciones necesarias y proseguir con las fases restantes nuevamente, para determinar que las correcciones resolvieron el(los) problema(s). [Nota: la mayoría de los programas en Java reciben o producen datos. Cuando decimos que un programa muestra un mensaje, por lo general, queremos decir que muestra ese mensaje en la pantalla de su computadora. Los mensajes y otros datos pueden enviarse a otros dispositivos, como los discos y las impresoras, o incluso a una red para transmitirlos a otras computadoras].