Java là một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất trên thế giới, được sử dụng rộng rãi trong phát triển ứng dụng di động, ứng dụng web, máy chủ và máy tính để bàn. Nhưng bạn có nắm được định nghĩa của Java và lý do vì sao Java lại trở thành một ngôn ngữ lập trình quan trọng như vậy?
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Java – ngôn ngữ lập trình đa nền tảng, an toàn và mở rộng, cùng với những tính năng và ứng dụng của nó.
Mục lục
ẩn
1. Java là gì?
Java là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (Object-oriented programming language), được khởi đầu bởi James Gosling và bạn đồng nghiệp ở Sun MicroSystem năm 1991. Thời điểm đầu, Java được tạo ra nhằm mục đích viết phần mềm cho các sản phẩm gia dụng, và có tên là Oak. Đến năm 1994, Java được phát hành và được Oracle mua lại từ Sun MicroSystem năm 2010.
2. Tính năng của Java
Java có rất nhiều tính năng nổi bật. Một số tính năng nổi bật có thể kể đến như: Đơn giản (Simple), Hướng đối tượng (Object Oriented), Độc lập nền tảng (Platform Independent), Bảo mật (Secured), Tiềm năng (Robust), Kiến trúc – tập trung (Architecture-neutral), Tính di động (Portable), và Linh động (Dynamic), High Performance, Distributed and Multithreaded.
Đơn giản (Simple)
Java sử dụng cú pháp đơn giản, giống với ngôn ngữ lập trình C++, với các từ khóa và cú pháp dễ hiểu, giúp cho người lập trình dễ dàng hơn khi viết mã. Java đã loại bỏ nhiều tính năng khó hiểu và ít phổ biến như: explicit pointers, operator overloading, …
Một ví dụ minh họa tính Đơn giản (Simple) của Java là chương trình “Hello World” đơn giản dưới đây.
Hướng đối tượng (Object-Oriented Programming – OOP)
Java là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng. Hướng đối tượng là một phương pháp lập trình mà cho phép lập trình viên tập trung vào các đối tượng (objects) và mối quan hệ giữa chúng, thay vì tập trung vào các chức năng (functions) hoặc dữ liệu (data) cụ thể.
Lập trình hướng đối tượng có 4 tính chất:
- Tính đóng gói (Encapsulation): Cho phép che giấu các chi tiết triển khai của một đối tượng và chỉ hiển thị những phương thức cần thiết để tương tác với đối tượng đó. Điều này giúp giảm thiểu sự phức tạp của chương trình và giữ cho mã nguồn dễ hiểu và bảo trì hơn.
- Tính kế thừa (Inheritance): Cho phép các đối tượng con kế thừa các thuộc tính và phương thức của đối tượng cha, giúp giảm thiểu việc viết lại mã và làm cho mã nguồn dễ bảo trì hơn.
- Tính đa hình (Polymorphism): Cho phép các đối tượng có thể được sử dụng bởi các phương thức chung, mà không cần biết đối tượng cụ thể đang được sử dụng. Điều này cho phép mã nguồn được tái sử dụng và giảm thiểu sự phức tạp của chương trình.
- Tính trừu tượng (Abstraction): Cho phép tập trung vào khái niệm cơ bản hơn là chi tiết triển khai. Điều này giúp cho mã nguồn dễ đọc và bảo trì hơn, và giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào chi tiết triển khai cụ thể.
Một ví dụ minh họa tính Hướng đối tượng của Java là chương trình sau đây:
Trong chương trình này, chúng ta có một lớp “Animal” với các thuộc tính “name” và “age” và một phương thức “introduce”. Chúng ta cũng có một lớp “Dog” kế thừa từ lớp “Animal” và thêm một phương thức mới là “bark”. Trong phương thức “main”, chúng ta tạo một đối tượng của lớp “Dog”, gán giá trị cho các thuộc tính của nó và gọi các phương thức của nó.
Độc lập nền tảng (Platform Independent)
Java có thể chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau mà không cần phải biên dịch lại. Điều này có nghĩa là mã Java có thể được viết trên một máy tính, sau đó được chạy trên một máy tính khác mà không cần phải biên dịch lại.
Một ví dụ minh họa tính Độc lập nền tảng của Java là chương trình sau đây:
Chương trình này có thể được biên dịch và chạy trên bất kì hệ điều hành nào có cài đặt Java Runtime Environment (JRE). Ví dụ, bạn có thể biên dịch chương trình này trên một máy tính chạy Windows và sau đó chạy bytecode được tạo ra trên một máy tính khác chạy Linux hoặc macOS. Bytecode là một mã độc lập nền tảng bởi vì nó có thể chạy trên nhiều nền tảng, tức là viết một lần và thực thi mọi nơi (Run Once Write Anywhere).
Bảo mật (Secured)
Java được coi là một ngôn ngữ lập trình an toàn, bởi vì nó có các tính năng bảo mật mạnh mẽ như quản lý bộ nhớ, kiểm soát truy cập và chống virus. Các tính năng này giúp cho mã Java được viết an toàn hơn và giảm thiểu rủi ro bảo mật.
Một ví dụ minh họa tính Bảo mật của Java là việc sử dụng tham số hóa truy vấn (query parameterization) để ngăn chặn các cuộc tấn công tiêm (injection attacks). Đây là một kỹ thuật phổ biến để bảo vệ ứng dụng Java khỏi các cuộc tấn công SQL Injection.
Trong đó “username” là một biến được nhập bởi người dùng. Việc sử dụng tham số hóa truy vấn giúp đảm bảo rằng giá trị của “username” không thể được sử dụng để thực hiện các cuộc tấn công SQL Injection.
Tiềm năng (Robust)
Java được coi là một ngôn ngữ lập trình rất mạnh và có tính tiềm năng (Robust) cao. Một số lý do vì sao Java được coi là ngôn ngữ lập trình rất mạnh mẽ và đáng tin cậy:
- Cú pháp đơn giản và dễ hiểu: Cú pháp của Java đơn giản, dễ hiểu và dễ nhớ, giúp cho các lập trình viên có thể nhanh chóng học và sử dụng nó.
- Quản lý bộ nhớ tự động: Java có tính năng quản lý bộ nhớ tự động, điều này có nghĩa là lập trình viên không cần phải quan tâm đến việc giải phóng bộ nhớ đã sử dụng. Hệ thống sẽ tự động giải phóng bộ nhớ này khi không còn sử dụng nữa, giúp giảm thiểu rủi ro gây lỗi.
- Kiểm tra lỗi tĩnh: Java sử dụng kiểm tra lỗi tĩnh (static error checking) để phát hiện và sửa các lỗi ngay trong quá trình biên dịch. Điều này giúp giảm thiểu các lỗi có thể xảy ra trong quá trình chạy chương trình.
- Khả năng xử lý ngoại lệ (exception handling) và cơ chế kiểm tra (mechanism): Java cung cấp một cơ chế xử lý ngoại lệ và cơ chế kiểm tra mạnh mẽ, giúp cho chương trình có thể xử lý các ngoại lệ và kiểm tra một cách chính xác và đáng tin cậy.
- Bảo mật: Java được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật và độ tin cậy cao, giúp ngăn chặn các lỗ hổng bảo mật có thể được khai thác để tấn công vào chương trình
Một ví dụ minh họa cho tính tiềm năng (Robust) của Java là việc sử dụng nguyên tắc Trách nhiệm đơn (Single Responsibility Principle). Nguyên tắc này khẳng định rằng mỗi lớp chỉ nên có một trách nhiệm duy nhất. Điều này có nghĩa là một lớp chỉ thực hiện một công việc duy nhất và do đó chỉ có một lý do để thay đổi.
Trong ví dụ trên, lớp “User” chỉ có một trách nhiệm duy nhất là quản lý thông tin của người dùng. Việc áp dụng nguyên tắc Trách nhiệm đơn giúp cho mã nguồn của chúng ta trở nên rõ ràng hơn và dễ bảo trì hơn.
Kiến trúc – tập trung (Architecture-neutral)
Java được coi là ngôn ngữ kiến trúc – tập trung (Architecture – Neutral) vì nó không có các tính năng phụ thuộc vào triển khai cụ thể. Ví dụ, kích thước của các kiểu dữ liệu nguyên thủy là cố định. Trong lập trình C, kiểu dữ liệu “int” chiếm 2 byte bộ nhớ cho kiến trúc 32 bit và 4 byte bộ nhớ cho kiến trúc 64 bit.
Điều này có nghĩa là khi một chương trình Java được biên dịch, nó sẽ không được biên dịch thành mã máy cụ thể cho một nền tảng nhất định mà sẽ được biên dịch thành mã byte (byte code) độc lập với nền tảng. Mã byte này có thể được phân phối qua mạng và được máy ảo Java (JVM) giải thích trên bất kỳ nền tảng nào.
Ví dụ minh họa:
Trong ví dụ trên, chương trình “HelloWorld” có thể được biên dịch và chạy trên bất kỳ hệ điều hành hoặc kiến trúc máy tính nào miễn là có máy ảo Java (JVM) được cài đặt.
Tính di động (Portable)
Java được coi là ngôn ngữ có tính di động (Portable) vì mã nguồn Java có thể được biên dịch và chạy trên nhiều nền tảng khác nhau như Windows, Linux, Sun Solaris, Mac/OS, v.v…
Một ví dụ khác về tính di động của Java là việc sử dụng các thư viện chuẩn của Java để thực hiện các tác vụ phổ biến như đọc và ghi tệp tin. Ví dụ:
Trong ví dụ trên, chương trình “ReadFileExample” sử dụng các lớp “Files” và “Paths” từ gói “java.nio.file” để đọc nội dung của một tệp tin có tên là “example.txt”. Chương trình này có thể được biên dịch và chạy trên bất kỳ hệ điều hành hoặc kiến trúc máy tính nào miễn là có máy ảo Java (JVM) được cài đặt.
Điều này cho phép các lập trình viên sử dụng các thư viện chuẩn của Java để thực hiện các tác vụ phổ biến mà không cần phải viết lại mã cho từng nền tảng cụ thể.
Linh động (Dynamic)
Java là một ngôn ngữ động. Tính linh động của Java liên quan đến khả năng của ngôn ngữ này để tạo ra và sử dụng các đối tượng (objects) mà không cần biết chính xác loại đối tượng đó trước khi thực thi chương trình.
Có 2 tính linh động chính của Java:
- Dynamic Binding: Đây là quá trình liên kết phương thức (method) vào thời điểm thực thi (runtime) thay vì thời điểm biên dịch (compile time). Việc liên kết này sẽ xác định phương thức nào sẽ được dựa trên loại đối tượng mà phương thức đó được gọi từ đó. Kỹ thuật này cho phép Java hỗ trợ kế thừa và đa hình (inheritance and polymorphism).
- Reflection: Reflection cho phép chương trình Java xem xét và tương tác với các đối tượng trong thời gian chạy. Với tính năng này, bạn có thể tạo ra các đối tượng và gọi các phương thức mà không cần biết chính xác tên của chúng. Reflection cũng cung cấp khả năng để lấy thông tin về các phương thức và thuộc tính của đối tượng trong thời gian chạy. Tính năng này được sử dụng trong các ứng dụng Java để tạo ra các framework và các thư viện phần mềm.
Một ví dụ về tính linh động (Dynamic) của Java là việc sử dụng phương thức gửi linh động (Dynamic Method Dispatch). Đây là một cơ chế cho phép gọi phương thức được ghi đè (overridden method) trong lớp con thông qua một tham chiếu của lớp cha.
Ví dụ:
Trong ví dụ trên, chúng ta có 3 lớp A, B và C với lớp B và C kế thừa từ lớp A. Mỗi lớp đều có một phương thức callme().
Trong hàm main, chúng ta tạo ra các đối tượng của các lớp A, B và C và một tham chiếu của lớp A có tên là r. Sau đó, chúng ta gán giá trị của các đối tượng cho tham chiếu r và gọi phương thức callme() thông qua tham chiếu này.
Kết quả khi chạy chương trình sẽ là:
Như vậy, phương thức được gọi thông qua tham chiếu của lớp cha sẽ là phương thức được ghi đè trong lớp con tùy thuộc vào loại đối tượng mà tham chiếu đang trỏ tới.
High Performance
Java nhanh hơn các ngôn ngữ lập trình thông dịch truyền thống khác vì mã byte Java “gần” với mã gốc. Nó vẫn chậm hơn một chút so với ngôn ngữ được biên dịch (ví dụ: C++). Java là một ngôn ngữ thông dịch, đó là lý do tại sao nó chậm hơn các ngôn ngữ được biên dịch, ví dụ: C, C++, v.v.
Distributed
Java được phân tán vì nó tạo điều kiện cho người dùng tạo các ứng dụng phân tán bằng Java. RMI và EJB được sử dụng để tạo các ứng dụng phân tán. Tính năng này của Java giúp chúng ta có thể truy cập các tệp bằng cách gọi các phương thức từ bất kỳ máy nào trên internet.
Multi-threaded
Một luồng (Multithreaded) giống như một chương trình riêng biệt, thực thi đồng thời. Chúng ta có thể viết các chương trình Java xử lý nhiều tác vụ cùng một lúc bằng cách xác định nhiều luồng. Ưu điểm chính của đa luồng là nó không chiếm bộ nhớ cho mỗi luồng. Nó chia sẻ một vùng bộ nhớ chung. Chủ đề rất quan trọng đối với đa phương tiện, ứng dụng Web, v.v.
3. Ứng dụng của Java
Vì Java là một ngôn ngữ miễn phí và linh hoạt, nó có thể được dùng để phát triển các phần mềm cục bộ và phân tán. Một số ứng dụng phổ biến của Java bao gồm:
Phát triển ứng dụng Web
Java được sử dụng để phát triển các ứng dụng web động, như các trang web thương mại điện tử, trang web bán hàng và các ứng dụng mạng xã hội.
Phát triển ứng dụng di động
Java được sử dụng để phát triển các ứng dụng di động cho các thiết bị Android và iOS
Phát triển trò chơi
Java được sử dụng để phát triển các trò chơi máy tính, đặc biệt là trò chơi trực tuyến và đa người chơi, như Minecraft, RuneScape, …
Phát triển ứng dụng máy chủ
Java được sử dụng để phát triển các ứng dụng máy chủ, bao gồm các ứng dụng dịch vụ web, các ứng dụng cơ sở dữ liệu và các ứng dụng mã nguồn mở, như Hadoop và Apache Tomcat.
Phát triển ứng dụng máy tính để bàn
Java được sử dụng để phát triển các ứng dụng máy tính để bàn, bao gồm các ứng dụng văn phòng, các trình duyệt và các trò chơi máy tính.
Phát triển ứng dụng vào các công nghệ mới
Java là một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ và phát triển ứng dụng vào các công nghệ mới như điện toán đám mây, dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo và internet vạn vật. Các framework và thư viện Java như Hadoop, Spark, TensorFlow và Spring Boot đều được sử dụng để phát triển các ứng dụng trong các lĩnh vực này.
Hadoop là một framework mã nguồn mở được sử dụng để xử lý dữ liệu lớn trên các cụm máy tính. Nó được viết bằng Java và có thể sử dụng để lưu trữ và xử lý các tập dữ liệu lớn.
Spark là một hệ thống xử lý dữ liệu mã nguồn mở được phát triển bởi Apache. Nó được viết bằng Scala, một ngôn ngữ lập trình chạy trên JVM (Java Virtual Machine), nhưng có thể được sử dụng với Java. Spark cung cấp một cách tiếp cận nhanh hơn và hiệu quả hơn để xử lý dữ liệu lớn so với Hadoop.
TensorFlow là một thư viện mã nguồn mở được phát triển bởi Google để phát triển các mô hình học máy. Nó có thể được sử dụng với Java để phát triển các ứng dụng trí tuệ nhân tạo như nhận dạng hình ảnh, nhận dạng giọng nói và dịch văn bản.
Spring Boot là một framework mã nguồn mở được sử dụng để phát triển các ứng dụng web. Nó cung cấp một cách tiếp cận nhanh chóng để xây dựng các ứng dụng web sử dụng các công nghệ như RESTful API và WebSocket.
Tổng kết
Trên đây là những thông tin cơ bản về Java, một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất thế giới. Với tính năng độc lập nền tảng, an toàn và mở rộng, Java đã trở thành một lựa chọn phổ biến cho việc phát triển ứng dụng trên nhiều nền tảng khác nhau.
Nếu bạn là một lập trình viên có kinh nghiệm với Java và đang tìm kiếm cơ hội để phát triển sự nghiệp của mình, hãy tham khảo ITBee Solutions chúng tôi. Hiện nay, công ty đang tuyển dụng nhân sự có kinh nghiệm với ngôn ngữ lập trình Java để tham gia vào các dự án phần mềm chất lượng cao. Nếu bạn có khả năng lập trình Java và mong muốn tham gia vào một môi trường làm việc chuyên nghiệp như ITBee, vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.
THÔNG TIN LIÊN HỆ:
Hotline: (+84) 948 810 812
Email: info@itbeesolutions.com
Website: https://itbeesolutions.vn/
Địa chỉ: 21 Lê Trung Nghĩa, Phường 12, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh
