Die Urversion von Java, auch Oak genannt, wurde in einem Zeitraum von 18 Monaten vom Frühjahr 1991 bis Sommer 1992 unter dem Projektnamen "The Green Project" von Patrick Naughton, Mike Sheridan und James Gosling sowie zehn weiteren Entwicklern im Auftrage des amerikanischen Computerherstellers Sun Microsystems entwickelt. Einer der Urväter und Hauptentwickler der Sprache war dabei James Gosling.
Das ursprüngliche Ziel bei der Entwicklung von Java war aber nicht lediglich die Entwicklung einer weiteren Programmiersprache, sondern die Entwicklung einer vollständigen Betriebssystemumgebung, inklusive virtueller CPU, für unterschiedlichste Einsatzzwecke.
Die Entwicklung fand in einem anonymen Bürogebäude in der Sand Hill Road in Menlo Park statt. Während dieser abgeschiedenen Entwicklungsphase kam es zu keinem Austausch mit Sun Microsystems. Im Sommer 1992 schließlich war die erste Oak-basierte Anwendung fertiggestellt - "an interactive, handheld home-entertainment device controller with an animated touchscreen user interface".
Diese Technologiedemonstration einer Touchscreen-basierten Gerätesteuerung mit animierter Benutzeroberfläche (GUI) hatte den Namen *7 ("StarSeven"). Der Name Oak hat den Ursprung übrigens in einer Eiche, die vor dem Fenster des Entwicklers James Gosling stand (Oak, engl. für Eiche).
Nach der Vorführung von StarSeven, mit dem zahlreiche Geräte interaktiv gesteuert werden konnten, wurden Unternehmen aus der Kabelfernseh-Branche aufmerksam und aus dem Hinterzimmer-Projekt "The Green Project" entstand die Firma "FirstPerson".
Aus dem Büro wurde ein Bürohaus in der 100 Hamilton Avenue in Palo Alto.
Da die Belegschaft inzwischen von 13 Entwicklern auf 70 Mitarbeiter wuchs und die Zeit für interaktive digitale Mehrwertdienste im Bereich des Kabelfernsehens noch nicht reif war, suchte sich die junge Firma neue Betätigungsfelder.
Nach einem dreitägigen Gruppentreffen von John Gage, James Gosling, Bill Joy, Patrick Naughton, Wayne Rosing und Eric Schmidt in "The Inn at Squaw Creek" bei Lake Tahoe war schnell klar: das Internet war das neue Betätigungsfeld.
Auf Basis des Urvaters aller Webbrowser, Mosaic, wurde ein um Java erweiterter Browser geschaffen - der "WebRunner" (nach dem Film "The Blade Runner"). Später wurde aus "WebRunner" dann der offiziell bekannte HotJava-Browser.
Im März 1995 wurde die erste Alphaversion (1.0a2) des Java-Quellcodes für die Öffentlichkeit freigegeben und die Downloadzahlen explodierten.
Wenig später, am 23. Mai1995, wurde Java dann erstmals offiziell der Öffentlichkeit vorgestellt, in der "San Jose Mercury News".
Der Durchbruch für Java kam mit der Integration von Java in den Browser Netscape - besiegelt durch einen Handschlag zwischen Eric Schmidt und George Paolini von Sun Microsystems und Marc Andreessen, dem Erfinder und Begründer von Netscape. Ort und Zeit: 4 Uhr morgens in einem Hotelzimmer des Sheraton Palace Hotels in der Nähe des Convention Centers.
Der Name Java hat seinen Ursprung übrigens im Namen einer starken Kaffee-Sorte, die speziell für Espresso Verwendung findet (Java-Bohne) und von den Entwicklern bevorzugt getrunken wurde.
Grundkonzepte der Sprache
Der Entwurf der Sprache verfolgte vier Hauptziele:
Die Sprache Java ist objektorientiert aufgebaut. Die Grundidee der objektorientierten Programmierung ist die softwaretechnische Abbildung in einer Art und Weise, wie wir Menschen auch Dinge der realen Welt erfahren.
Die Absicht dahinter ist, große Softwareprojekte einfacher managen zu können, und sowohl die Qualität von Software zu erhöhen als auch Fehler zu minimieren. Ein weiteres Ziel der Objektorientierung ist ein hoher Grad der Wiederverwendung von Softwaremodulen.
Java ist nicht konsequent objektorientiert, so gibt es etliche Grundtypen (int, boolean usw.), die keine Objekte sind (siehe auch Kapitel weiter unten). Diese fügen sich nicht in die Objektstruktur der anderen Klassen ein und fordern oft gesonderte Behandlung.
Beispiele für rein objektorientierte Sprachen gibt es schon länger, beispielsweise Smalltalk oder Self, ein modernes Beispiel ist Ruby.
Attributorientierung
Die Sprache Java ermöglicht auch Attributorientierte Programmierung. Grundlage dafür sind Hinweise im Quelltext, die nicht vom Compiler, sondern speziellen Verarbeitungswerkzeugen ausgewertet werden. Bislang wurden in Java dafür ausschließlich Javadoc-Kommentare mit speziellen JavaDoc-Tags verwendet, die von Doclets wie z. B. dem XDoclet ausgewertet wurden. Seit Java 5.0 existiert eine eigens dafür vorgesehene Syntax-Erweiterung namens Annotations.
Sinn der attributorientierten Programmierung ist die automatische Erzeugung von Code und anderen in der Software-Entwicklung wichtigen Dateien für wiederkehrende Muster anhand möglichst kurzer Hinweise im Quelltext.
Plattformunabhängigkeit
Java ist plattformunabhängig, d.h. Java-Programme laufen unabhängig vom Betriebssystem und der eingesetzten Hardware. Java-Programme laufen nicht nur auf einem PC, einer Workstation oder einem Server, sondern auch auf Organizern und Handys. Dies wird dadurch erreicht, dass es sich bei einem kompilierten Java-Programm nicht um direkt ausführbaren Maschinencode handelt, sondern um maschinenunabhängigen Bytecode.
Zum Ausführen von Java-Programmen wird eine Laufzeitumgebung (runtime environment) auf Softwarebasis benötigt, die so genannte Java VM (Java Virtual Machine). Es gibt mittlerweile aber auch Hardware-Lösungen, also Prozessoren, deren Maschinensprache selbst der Java-Bytecode ist oder Betriebssysteme, in denen Java integraler Bestandteil ist (z. B. MacOS X).
Modulare Ausführung auf fernen Computern
Java bietet die Möglichkeit, Klassen zu schreiben, die in unbekannten Containern ablaufen. Beispielsweise lassen sich Applets in Web-Browsern, die Java unterstützen, ausführen. Das Sicherheitskonzept von Java kann dazu eingesetzt werden, dass unbekannte Klassen dabei keinen Schaden anrichten können, was vor allem bei Applets wichtig ist. Beispiele für Java Container-Module sind:
Wichtigstes Merkmal von Java ist sein Sicherheitskonzept, das aus drei Schichten besteht:
dem Code Verifier, der sicherstellt, dass die VM keinen ungültigen Bytecode ausführen kann.
den Class Loadern, die die sichere Zuführung von Klasseninformationen zum Interpreter steuern.
den Security Managern, die sicher stellen, dass nur Zugriff auf Programmobjekte erlaubt wird, für die entsprechende Rechte vorhanden sind.
Der Objektzugriff in Java ist über Referenzen genannte Zeiger implementiert, aus Sicherheitsgründen ist es jedoch nicht möglich, mit ihnen zu rechnen, so genannte Pointerarithmetik ist also nicht in der Sprache enthalten.
Um große Projekte strukturieren zu können und saubere Schnittstellen zu Bibliotheken zu schaffen, können die Klassen zu Paketen (englisch packages) zusammengefasst werden. Die Zugriffe auf Klassen und Methoden eines fremden Packages können - ähnlich wie innerhalb einer Klasse unter anderem durch private und public - geregelt werden.
Weiter unterstützt die Sprache Threads (gleichzeitig ablaufende Programmteile) und Ausnahmen (englisch exception) und Java beinhaltet auch einen Garbage-Collector, der nicht (mehr) referenzierte Objektinstanzen aus dem Speicher entfernt.
Bemerkenswert ist auch die explizite Unterscheidung von Schnittstellen und Klassen. Eine Klasse kann beliebig viele Schnittstellen implementieren, ist aber stets die Spezialisierung genau einer Basisklasse. Alle Klassen sind - direkt oder indirekt - von der Wurzelklasse Object abgeleitet.
Zu Java gehört eine umfangreiche Klassenbibliothek. Dem Programmierer wird damit eine einheitliche, vom zugrunde liegenden Betriebssystem unabhängige, Schnittstelle (Application programming interface, API) angeboten.
Mit Java 1.1 wurden die Java Foundation Classes (JFC) eingeführt, die u.a. Swing, das zur Erzeugung plattformunabhängiger graphischer Benutzerschnittstellen (GUI) dient und auf AWT basiert, bereitstellen.
Syntax
Ein Beispielprogramm, das eine Meldung auf der Konsole ausdruckt:
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hallo Welt!");
}
}
99 Bottles of Beer in Java:
public class Bottles {
public static void main(String args[]) {
String s = "s";
for(int beers = 99; beers > -1;) {
System.out.print(beers + " bottle" + s + " of beer on the wall, ");
System.out.println(beers + " bottle" + s + " of beer, ");
if(beers == 0) {
System.out.print("Go to the store, buy some more, ");
System.out.println("99 bottles of beer on the wall./n");
System.exit(0);
}
else
System.out.print("Take one down, pass it around, ");
s = (--beers == 1) ? "" : "s";
System.out.println(beers + " bottle" + s + " of beer on the wall./n");
}
}
}
Grunddatentypen, die auch als 'primitive' oder 'elementare' Datentypen bezeichnet werden, sind in Java die einzigen Datenstrukturen, die keine Objekte sind. Sie sind ebenfalls plattformunabhängig (sie werden stets im Big Endian-Format gespeichert, wenn sie größer als 8 Bit sind). Um dennoch auch primitive Datentypen als echte Objekte behandeln zu können, existiert für jeden einzelnen eine entsprechende Wrapperklasse, deren Benutzung jedoch erheblich inperformanter ist.
const und goto sind zwar reserviert, aber ohne Funktion, also keine Schlüsselwörter im eigentlichen Sinn. Sie dienen lediglich dem Compiler zur Ausgabe sinnvoller Fehlermeldungen für Umsteiger von C++ oder C.
true, false und null sind Literale, jedoch ebenfalls eigentlich keine Schlüsselwörter im engeren Sinn.
abstract, final, static sind Polymorphie-Modifizierer.
static kann vor allen Membern außer Konstruktoren stehen und bedeutet, dass der betreffende Member im Kontext der Klasse verwendbar ist und kein Objekt benötigt.
abstract kann vor Klassen und Methoden stehen und bedeutet, dass dem betreffenden Member Implementierung fehlt. Unterklassen sind gezwungen, sich selbst als abstrakt zu deklarieren oder die fehlende Implementierung zu liefern.
final kann vor allen Membern außer Konstruktoren stehen und bedeutet, dass der betreffende Member nicht mehr verändert werden darf. Finale Variablen sind ähnlich wie Konstanten, finale Methoden dürfen von Subklassen nicht überschrieben werden und von finalen Klassen darf man erst gar keine Subklassen bilden.
native kann nur vor Methoden stehen und bedeutet, dass die Implementierung der betreffenden Methode nicht in Java, sondern einer anderen Programmiersprache geschrieben wurde, und von der Virtuellen Maschine über eine Laufzeitbibliothek (DLL oder SO) gelinkt werden muss.
strictfp kennzeichnet Klassen und Methoden, deren enthaltene Fließkommaoperationen streng nach IEEE ablaufen müssen.
package deklariert die Paket-Zugehörigkeit der nicht-geschachtelten Top-Level-Klassen einer Quelltextdatei.
import importiert Symbole (derzeit nur Klassen, ab 5.0 auch statische Member), so dass sie ohne voll qualifizierten Namen verwendet werden können.
boolean, char, byte, short, int, long, float, double, enum (ab 5.0) und void sind Typen. void ist der Nichtstyp, notwendig, um Methoden ohne Rückgabewerte zu kennzeichnen. Für die primitiven Typen: siehe oben.
class, enum, interface und @interface dienen zur Deklaration eigener Typen: Klassen, Enums (Aufzählungstyp für typsichere Aufzählung, engl. typesafe enumeration), Interfaces (Schnittstellen für Klassen) und Annotations für Metadaten. enum und @interface sind mit Java 5.0 in die Sprache aufgenommen worden.
try, catch, finally, throw, throws beziehen sich auf die Ausnahmebehandlung (englisch exception handling). Mit throw wird eine Ausnahme ausgelöst. Alle eventuell ausgelösten Ausnahmen einer Methode, die nicht von RuntimeException oder Error abstammen, müssen mit throws in der Deklaration der Methode (Signatur) angegeben werden. Es handelt sich also um so genannte checked exceptions. Mit try umschließt man einen Block, in dem eventuell eine Ausnahme auftreten könnte. Mit catch fängt man nach einem try-Block die dort aufgetretene Ausnahme ab, mit finally hängt man an einen try- oder catch-Block einen Block für Aufräumarbeiten an (z.B. Schließen von Dateien).
extends und implements dienen der Vererbung: extends der genetischen Erweiterungsvererbung von Klasse zu Klasse oder Interface zu Interface und implements der Implementierungsvererbung von Interface zu Klasse. Außerdem wird extends bei Generics für Typerweiterung verwendet.
super und this beziehen sich im Objekt-Kontext auf das aktuelle Objekt in seinem tatsächlichen Morph (this) bzw. im Morph der Superklasse (super). this wird verwendet, um in Konstruktoren überladene Konstruktoren aufzurufen und um bei Membernamenskonflikten explizit auf die von weiter innen liegenden Membern verdeckten Member zu verweisen. super wird in Konstruktoren zum Aufruf des Superklassenkonstruktors und in überschreibenden Methoden zum Aufruf der überschriebenen Methode verwendet. Außerdem wird super bei Generics für Typeingrenzung verwendet.
new reserviert Speicher für neue Objekte (inklusive Arrays) auf dem Heap.
if, else, switch, case, default, while, do, for, break, continue dienen der Bedingungsprüfung und Schleifensteuerung und bedienen sich einer imperativen Syntax.
return liefert Werte aus einer Methode an die aufrufende Methode zurück.
volatile ist ein Modifizierer für nicht-lokale Variablen und verbietet dem JIT-Compiler Registeroptimierungen auf diese Variable, weil mehrere Threads sie gleichzeitig verwenden könnten (insbesondere im Kontext nativer Methoden).
synchronized verwendet ein Objekt als Semaphor mit Lock-Pool und sorgt so dafür, dass jeglicher mit synchronized an denselben Semaphor gebundener Code nur ein einziges Mal gleichzeitig ausgeführt werden kann. Alle anderen Threads, die solche Code-Blöcke ausführen möchten, werden solange blockiert, bis der Semaphor wieder frei ist. Des weiteren dient es auch der Synchronisation eventuell vorhandener lokaler Caches bei Multiprozessormaschinen.
transient kennzeichnet nicht-persistente Variablen, die automatisch serialisiert werden dürfen.
instanceof ist ein Java-Operator, der prüft, ob ein Objekt Instanz eines Typs oder Subtyps ist.
Abgrenzung zu anderen Sprachen
JavaScript
Java ist nicht mit der Programmiersprache JavaScript zu verwechseln, die ebenfalls in Web-Browsern verwendet wird.
Sie hat eine ähnliche Syntax, kennt aber keine Vererbung.
Objekte werden in JavaScript prototypenbasiert definiert.
JavaScript ist, wie der Name sagt, eine reine Skriptsprache.
Es existieren Implementationen vor allem in Web-Browsern, aber auch alleinstehende Ausführungsumgebungen sind vorhanden.
C++
Im Gegensatz zu C++ fanden komplexe Konstrukte, wie Mehrfachvererbung oder die fehleranfällige Zeigerarithmetik keinen Einzug. Auch um die Speicherverwaltung braucht man sich als Java-Entwickler in der Regel keine Gedanken zu machen, dies erledigt der so genannte Garbage-Collector. Spätestens beim Einsatz von Java in Embedded Systems, z. B. über OSGi muss allerdings auch hier der Programmierer sich entsprechende Gedanken machen.
C#
C# (gesprochen: ßie-scharp oder auch ziss) kann als Kampfansage von Microsoft an Sun Microsystems Java gesehen werden. Mit der Spezifikation von C#, im Rahmen seiner .NET (gesprochen: dott-nett) Strategie, hat Microsoft versucht, den Spagat zu schaffen zwischen dem kompletten Neuanfang einer Sprache und der leichten Integration bisher bestehender Komponenten.
Die Syntax von C# entspricht in großen Teilen der Syntax von Java, konzeptionelle Unterschiede bestehen insbesondere in der Unterstützung von Delegierten (engl. delegates), ein Konzept, das am ehesten mit Funktionszeigern vergleichbar ist (so genannte Callbacks), hierbei kommt ein Beobachter-Entwurfsmuster zum Einsatz - Objekte können sich für Ereignisse registrieren bzw. diese delegieren.
C# kennt ebenso wie Java eine Unterscheidung zwischen Werttypen (engl. value types; z. B. int, struct) und Referenztypen (engl. reference types, z. B. class), allerdings sind auch die elementaren Datentypen objektbasiert. Des weiteren unterstützt C# so genannte Attribute (attributes), die es erlauben, die Funktionalität der Sprache über Metadaten im Code zu erweitern (eine ähnliche Funktionalität gibt es seit Java 5.0). Um an C# möglichst viele Programmierer zu binden, enthält die Sprache auch Bestandteile der Sprachen VisualBasic (z. B. Eigenschaften bzw. properties) sowie C++ (z. B. enums).
Um auch systemnahe Programmierung zu ermöglichen, besteht in .NET die Möglichkeit, auch so genannten unsicheren unmanaged code zu verwenden. Somit können API-Aufrufe des Systems ausgeführt werden, aber der Programmierer ist für die Ressourcenverwaltung verantwortlich.
Außerdem wird hierdurch die theoretische Plattformunabhängigkeit eingeschränkt bzw. unmöglich. Bislang werden außer Microsoft eigenen Betriebssystemen (ab Windows NT 4 SP 6) von Microsoft offiziell keine weiteren Betriebssysteme unterstützt.
Die Projekte Mono (von Ximian-Technik-Guru Miguel de Icaza) und DotGNU versuchen seit längerem weitere Plattformen zu erreichen, wobei das Mono-Projekt mittlerweile in den wichtigsten Teilbereichen eine Unterstützung bietet (z. B. ASP.NET und die BCL).
Java 5.0 soll im Sommer 2004 als Nachfolger der Version 1.4 erscheinen - ursprünglich sollte die Version 1.5.0 lauten. Seit Juni 2004 ist J2SE 5.0 Beta 2 erhältlich. Es wird über folgende Neuerungen in der Sprache Java verfügen:
Sicherheitsfunktionen, z. B. zum Signieren von JAR-Dateien und Applets
Ab diesem Zeitpunkt spricht man von der Java 2 Platform, Standard Edition (J2SE) und statt Java Development Kit (JDK) heißt es Java 2 Software Development Kit (J2SDK).
J2SE 1.2 (1998) - erweiterte die Standardbibliothek um:
neue Schnittstellen und Implementierungen für Collections, also Datenstrukturen wie Listen, Mengen und Maps
J2SE 1.4 (2002) - Neben dem API wurde auch die Sprache selbst durch Assertions erweitert.
J2SE 5.0 (2004, nach alter Nummerierung J2SE 1.5.0) - Neben dem API wurde auch die Sprache selbst in größerem Umfang um neue syntaktische Konstrukte bereichert.
Es gibt eine große Vielfalt von Entwicklungsumgebungen für Java, sowohl kommerzielle als auch freie (Open Source). Die meisten Entwicklungsumgebungen für Java sind selbst ebenfalls in Java geschrieben.
In Form von z. B. OSGi finden sich inzwischen auch eigenständige Entwicklungsframeworks, die verschiedene Konzepte von Java unabhängig hiervon weiterentwickeln - Eclipse basiert beispielsweise auf OSGi.
Wer lieber einen Texteditor verwendet findet in Emacs zusammen mit der JDEE (Java Development Environment for Emacs) ein mächtiges Werkzeug. Für andere Editoren wie Vim oder Jed gibt es ebenfalls entsprechende Modes.
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