Java là gì? Kiến thức khái quát về ngôn ngữ lập trình Java

Java là một ngôn ngữ lập trình phổ biến, hiện đại và được sử dụng để phát triển nhiều loại ứng dụng khác nhau, từ trò chơi, game, hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, ứng dụng IoT, điện toán đám mây cho đến trí tuệ nhân tạo. 

Trong bài viết này, Aniday sẽ cùng bạn tìm hiểu về Java là gì, những tính năng nổi bật của Java, ưu và nhược điểm của Java, nguyên lý hoạt động của Java và cách lập trình bằng Java.

Java là gì? 

Java là một ngôn ngữ lập trình phổ biến. Nguồn: Cao đẳng Việt Mỹ Hà Nội

Mở đầu bài viết, chúng ta sẽ tìm hiểu Java là gì. Java là một ngôn ngữ lập trình phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:

• Phát triển web
• Ứng dụng di động
• Hệ thống nhúng
• Trí tuệ nhân tạo 

Java được thiết kế để có tính đơn giản, bảo mật, di động và đa nền tảng. Ngoài ra, đây cũng là một ngôn ngữ hướng đối tượng, cho phép lập trình viên tạo ra các đối tượng có thuộc tính và phương thức riêng biệt.

Java được dùng để làm gì?

Java có nhiều ứng dụng khác nhau. Nguồn: FPT Shop

Ngoài tìm hiểu Java là gì, bạn cũng cần biết đến các ứng dụng của Java. Java là một ngôn ngữ lập trình rất linh hoạt và đa dụng, có thể được dùng để phát triển nhiều loại ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng được viết bằng Java:

Phát triển trò chơi

Java là một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất trong lĩnh vực phát triển trò chơi. Chúng có thể được sử dụng để tạo ra các trò chơi 2D và 3D cho nhiều nền tảng khác nhau, từ máy tính cá nhân, điện thoại di động cho đến các thiết bị cầm tay. 

Ví dụ: Minecraft, Runescape, Angry Birds, Plants vs Zombies.

Phát triển game

Ngoài trò chơi, Java cũng được dùng để phát triển game, tức là các ứng dụng có tính giải trí cao và có yếu tố cạnh tranh. Java có thể được sử dụng để tạo ra các loại game đa dạng (online/offline, đơn/nhiều người chơi) 

Ví dụ: Tetris, Snake, Pacman, Sudoku.

Phát triển hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu

Java cũng được dùng để phát triển các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS), tức là các ứng dụng có chức năng lưu trữ, xử lý và truy xuất các dữ liệu. 

Ngoài ra, Java có thể kết nối với nhiều loại cơ sở dữ liệu khác nhau, từ cơ sở dữ liệu quan hệ (SQL) cho đến cơ sở dữ liệu phi quan hệ (NoSQL). 

Ví dụ: Oracle Database, MySQL, MongoDB, Apache Cassandra.

Phát triển ứng dụng IoT

IoT (Internet of Things) là một khái niệm về việc kết nối các thiết bị thông minh với nhau qua mạng internet. Java là một ngôn ngữ lập trình phù hợp cho việc phát triển các ứng dụng IoT vì có tính đa nền tảng, bảo mật và hiệu suất cao. 

Java có thể được sử dụng để tạo ra các ứng dụng IoT cho các thiết bị như: 

• Máy tính nhúng (embedded)
• Thiết bị di động (mobile)
• Thiết bị mặc (wearable) 
• Thiết bị gia dụng (home appliance). 

Ví dụ: Smart Home, Smart City, Smart Car, Smart Watch.

Điện toán đám mây

Điện toán đám mây (cloud computing) là một khái niệm về việc sử dụng các tài nguyên máy tính từ xa qua mạng internet. Vì Java là một ngôn ngữ lập trình phù hợp cho việc phát triển các ứng dụng điện toán đám mây vì có tính đa nền tảng, bảo mật và hiệu suất cao. 

Java có thể được sử dụng để tạo ra các ứng dụng điện toán đám mây cho các loại dịch vụ khác nhau như: 

• Cơ sở hạ tầng (IaaS)
• Nền tảng (PaaS)
• Phần mềm (SaaS)

Ví dụ: Google App Engine, Amazon Web Services, Microsoft Azure, Netflix.

Trí tuệ nhân tạo

Trí tuệ nhân tạo (AI) là một lĩnh vực nghiên cứu về việc tạo ra các máy tính có khả năng học hỏi, suy luận và giải quyết các vấn đề. Java là một ngôn ngữ lập trình phù hợp cho việc phát triển các ứng dụng trí tuệ nhân tạo vì có tính đa nền tảng, bảo mật và hiệu suất cao. 

Java cũng có nhiều thư viện và công cụ hỗ trợ cho việc xử lý các dữ liệu lớn, phân tích và học máy. 

Ví dụ: Weka, Apache Mahout, Deeplearning4j, Stanford CoreNLP.

Những tính năng nổi bật của Java

Java sở hữu nhiều tính năng nổi bật. Nguồn: FPT Shop 

Bên cạnh tìm hiểu Java là gì cũng như các ứng dụng của chúng thì Java cũng là một ngôn ngữ lập trình có nhiều tính năng nổi bật, làm cho nó trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất hiện nay. Dưới đây là một số tính năng nổi bật của Java:

Đa nền tảng

Java là một ngôn ngữ lập trình đa nền tảng, tức là có thể chạy trên nhiều loại hệ điều hành và thiết bị khác nhau. 

Điều này được thực hiện nhờ vào máy ảo Java (JVM), là một phần mềm giúp chuyển đổi mã nguồn Java thành mã máy phù hợp với từng nền tảng. Nhờ vậy, các ứng dụng Java có thể chạy trên Windows, Linux, Mac OS, Android, iOS và nhiều nền tảng khác mà không cần thay đổi mã nguồn.

Quản lý bộ nhớ tự động

Java không yêu cầu lập trình viên phải quản lý bộ nhớ thủ công, như cấp phát và giải phóng bộ nhớ cho các đối tượng. Thay vào đó, Java sử dụng một cơ chế gọi là bộ thu gom rác (garbage collector), tự động xóa các đối tượng không còn được sử dụng khỏi bộ nhớ. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro gây ra các lỗi liên quan đến bộ nhớ, như rò rỉ bộ nhớ hay tràn bộ nhớ.

Hỗ trợ đa luồng

Java cho phép viết các chương trình có thể chạy song song nhiều tác vụ cùng một lúc. Mỗi tác vụ được gọi là một luồng (thread), và Java có thể quản lý các luồng một cách hiệu quả và linh hoạt. Việc sử dụng đa luồng giúp tăng hiệu suất và khả năng phản hồi của các chương trình Java.

Tính bảo mật cao

Java được thiết kế để có tính bảo mật cao, bằng cách sử dụng các cơ chế kiểm tra và kiểm soát truy cập. Ví dụ, Java không cho phép truy cập trực tiếp vào bộ nhớ của hệ thống, mà chỉ thông qua JVM. Ngoài ra, Java cũng có thể xác minh tính hợp lệ của các mã nguồn hay các tệp tin thực thi trước khi chạy chúng.

Hỗ trợ các thư viện và công cụ phát triển mạnh mẽ

Java có một hệ sinh thái phong phú, bao gồm nhiều thư viện và công cụ hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng Java. Các thư viện Java có thể cung cấp các chức năng cho nhiều mục đích khác nhau, như giao tiếp mạng, xử lý dữ liệu, đồ họa, âm thanh, mã hóa, kiểm thử và nhiều hơn nữa. 

Bên cạnh đó, các công cụ phát triển Java có thể giúp lập trình viên viết, biên dịch, gỡ lỗi, đóng gói và triển khai các ứng dụng Java một cách dễ dàng và hiệu quả.

Tính di động

Đối với tính di động, Java có thể chuyển đổi các chương trình Java thành các tệp tin thực thi độc lập với nền tảng, gọi là tệp tin JAR (Java Archive). 

Các tệp tin JAR có thể chứa các mã nguồn, mã máy, tài nguyên và thông tin cấu hình của chương trình. Nó có thể được chạy trên bất kỳ máy tính nào có cài đặt JVM, mà không cần phải biên dịch lại.

Tính độc lập với nền tảng

Java không phụ thuộc vào bất kỳ nền tảng phần cứng hay phần mềm nào để hoạt động mà chỉ yêu cầu JVM để chạy các chương trình Java. Điều này giúp Java có khả năng tương thích cao với nhiều loại thiết bị khác nhau.

Tính kế thừa và đa hình

Java là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (OOP), có nghĩa là nó sử dụng các đối tượng để biểu diễn và xử lý dữ liệu. Một trong những tính chất quan trọng của OOP là tính kế thừa và đa hình. 

• Tính kế thừa: cho phép một lớp (class) kế thừa các thuộc tính và phương thức của một lớp khác. 
• Tính đa hình: cho phép một lớp có thể biểu diễn cho nhiều hình thức khác nhau, bằng cách ghi đè hay nạp chồng các phương thức đã được kế thừa.

Tính mở rộng

Java là một ngôn ngữ lập trình mở rộng, có nghĩa là nó cho phép lập trình viên tạo ra các tính năng mới hay cải tiến các tính năng hiện có của ngôn ngữ. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các cơ chế như giao diện (interface), lớp trừu tượng (abstract class), phương thức trừu tượng (abstract method) hay phương thức ảo (virtual method).

Ưu và nhược điểm của Java

Khi tìm hiểu Java là gì, chúng ta nhất định phải tìm hiểu ưu và nhược điểm của Java. Mặc dù Java có nhiều tính năng ưu việt, nhưng nó cũng không phải là ngôn ngữ lập trình hoàn hảo. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm của Java:

Ưu điểm

• Cú pháp dễ hiểu và học hỏi, giống với ngôn ngữ C và C++.
• Thư viện phong phú và mạnh mẽ, hỗ trợ nhiều chức năng và tính năng.
• Có máy ảo Java (JVM), cho phép chạy các chương trình Java trên nhiều hệ điều hành khác nhau mà không cần thay đổi mã nguồn.
• Tính bảo mật cao, do không cho phép truy cập trực tiếp vào bộ nhớ của máy tính.
• Tính đa luồng, cho phép thực hiện nhiều tác vụ cùng lúc trong một chương trình.

Nhược điểm

• Hiệu suất thấp hơn so với các ngôn ngữ biên dịch như C và C++, do phải thông qua JVM để chạy.
• Kích thước file lớn hơn so với các ngôn ngữ khác, do cần thêm các thư viện và lớp hỗ trợ.
• Phụ thuộc vào JVM, do đó nếu JVM gặp sự cố hoặc không tương thích với hệ điều hành, chương trình Java sẽ không hoạt động được.
• Xử lý số thực kém hơn so với các ngôn ngữ khác, do sử dụng kiểu dữ liệu float và double.

Nguyên lý hoạt động của Java

Khi tìm hiểu Java là gì, chắc hẳn bạn đã từng nghe đến nguyên lý "viết một lần, chạy mọi nơi" (write once, run anywhere). Khi lập trình viên viết mã nguồn bằng Java, mã nguồn sẽ được biên dịch thành mã byte (bytecode), là một dạng mã máy độc lập. 

Sau đó, mã byte này sẽ được chuyển đến máy ảo Java (JVM), là một phần mềm giả lập một máy tính ảo. JVM sẽ thông dịch mã byte thành mã máy phù hợp với hệ điều hành của máy tính. Nhờ vậy, chương trình Java có thể chạy được trên nhiều nền tảng khác nhau mà không cần chỉnh sửa mã nguồn.

Cách lập trình bằng Java

Để lập trình bằng Java, bạn cần có các công cụ sau:

• Một trình biên tập mã nguồn (editor), như Notepad++, Sublime Text, Visual Studio Code, v.v.
• Một bộ công cụ phát triển Java (JDK), bao gồm trình biên dịch Java (javac) và máy ảo Java (JVM).
• Một môi trường phát triển tích hợp (IDE), như Eclipse, NetBeans, IntelliJ IDEA, v.v. (tùy chọn).

Các bước cơ bản để lập trình bằng Java

• Viết mã nguồn bằng Java trong trình biên tập mã nguồn, lưu với đuôi .java.
• Biên dịch mã nguồn bằng trình biên dịch Java (javac), tạo ra file mã byte với đuôi .class.
• Chạy chương trình bằng máy ảo Java (java), truyền vào tên file mã byte.

Lời kết

Java là một ngôn ngữ lập trình hiện đại, mạnh mẽ và linh hoạt, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Hy vọng bài viết này của Aniday đã giúp bạn hiểu Java là gì và có cái nhìn tổng quan về ngôn ngữ lập trình Java. Chúc bạn thành công!