Với hơn 9 triệu nhà phát triển sử dụng trên toàn cầu, Java luôn là cái tên nằm trong top các ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất hiện nay. Mặc cho sự xuất hiện của hàng loạt ngôn ngữ lập trình mới, Java vẫn luôn được ưa chuộng trong lĩnh vực lập trình bởi sở hữu hàng loạt đặc điểm nổi bật. Vậy Java là gì? Hãy cùng chúng tôi theo dõi bài viết này để tìm kiếm câu trả lời chính xác nhé.
Java là gì?
Java là một ngôn ngữ lập trình bậc cao có khả năng hướng đối tượng, đa nền tảng và lấy đối mạng là trung tâm. Chính điều này làm cho Java trở thành một ngôn ngữ lập trình nhanh chóng, an toàn và phù hợp cho việc phát triển mọi thứ từ ứng dụng web cho đến phần mềm doanh nghiệp hay các hệ thống dữ liệu lớn.
Được phát triển bởi Sun Microsystems cùng với sự đóng góp chủ yếu từ James Gosling, Java đã xuất hiện vào năm 1995 và ngay sau đó đã trở thành một trong những ngôn ngữ chính được yêu thích nhất trong lĩnh vực phát triển phần mềm. Trải qua hơn hai thập kỷ tồn tại, ngôn ngữ lập trình này đã trở thành lựa chọn hàng đầu của các nhà phát triển và hiện có hàng triệu ứng dụng được xây dựng bằng Java.
Với khả năng hoạt động trên Windows, Mac và các phiên bản UNIX khác, Java còn là một ngôn ngữ mạnh mẽ cho việc phát triển ứng dụng đa nền tảng. Bên cạnh đó, một điểm độc đáo của Java được nhiều người ưa chuộng đó là tính độc lập với nền tảng, không bị ràng buộc bởi bất kỳ phần cứng hay hệ điều hành cụ thể nào. Bên cạnh đó, Java còn mang đến một cơ sở để người dùng chỉ cần viết mã một lần và có thể chạy trên mọi nền tảng với phương châm "write once, run anywhere".
Đặc điểm nổi bật của ngôn ngữ lập trình Java
Ngoài việc hiểu rõ khái niệm Java là gì thì nắm bắt những đặc điểm nổi bật của ngôn ngữ lập trình Java cũng là điều cần thiết đối với các lập trình viên hiện nay.
1. Hướng đối tượng hoàn toàn
Khi phát triển một ngôn ngữ lập trình mới để chạy trên nhiều nền tảng, đội ngũ kỹ sư của Sun Microsystems đã quyết định tạo ra một ngôn ngữ mà dễ học và quen thuộc với đa số các lập trình viên. Vì vậy, họ đã chọn sử dụng lại các cú pháp từ C và C++.
Tuy nhiên thì trong Java, việc sử dụng con trỏ đã bị loại bỏ để tăng tính an toàn và đơn giản hóa quá trình sử dụng. Ngoài ra thì những tính năng như goto, overload hay một số cấu trúc khác như struct và union cũng đã được loại khỏi Java để tạo ra một ngôn ngữ lập trình linh hoạt, dễ sử dụng hơn.
2. Độc lập phần cứng và hệ điều hành
Khi tìm hiểu về Java, bạn sẽ biết được ngôn ngữ này có khả năng "cross-platform", tức là có thể viết một lần và chạy trên nhiều môi trường khác nhau. Nó có hai cấp độ mã nguồn và nhị phân đều thể hiện khả năng độc lập với phần cứng và hệ điều hành.
- Cấp độ mã nguồn: Java đảm bảo tính nhất quán trên mọi hệ điều hành và phần cứng thông qua một bộ thư viện Java. Điều này cho phép mã nguồn Java có thể biên dịch trên nhiều loại máy tính khác nhau mà không gây ra lỗi.
- Cấp độ nhị phân: Với cấp độ này, một mã biên dịch sẽ tiến hành chạy trên nhiều nền tảng mà không cần phải biên dịch lại từ mã nguồn. Tuy nhiên, điều kiện là bạn sẽ cần có Java Virtual Machine để thông dịch nó một cách dễ dàng.
3. Ngôn ngữ thông dịch
Các ngôn ngữ lập trình thường hiện nay được phân loại dựa trên cách chúng xử lý mã, bao gồm: ngôn ngữ thông dịch và ngôn ngữ biên dịch.
- Ngôn ngữ thông dịch: Trong ngôn ngữ này, mã lệnh sẽ được dịch và thực thi từng lệnh mỗi khi chương trình chạy, điều này đồng nghĩa với việc bạn cần phải thực hiện lại quá trình dịch sau mỗi lần chạy.
- Ngôn ngữ biên dịch: Với ngôn ngữ này thì mã nguồn sẽ được chuyển đổi thành một tập tin thực thi và thường có đuôi là .exe, tập tin này có thể được sử dụng lại mà không cần phải biên dịch lại từ mã nguồn.
Còn về phần Java, ngôn ngữ lập trình này được phân loại là ngôn ngữ thông dịch, hoặc chính xác hơn thì là ngôn ngữ kết hợp cả hai phương pháp biên dịch và thông dịch.
4. Tự động quản lý bộ nhớ
Ngôn ngữ Java được trang bị tính năng tự động quản lý bộ nhớ, điều này có nghĩa là nó sẽ tự động thu dọn các vùng nhớ không còn sử dụng để giảm thiểu các vấn đề liên quan đến bộ nhớ. Điều này giúp cho các ứng dụng viết bằng Java có thể hoạt động một cách ổn định và tránh được các sự cố do quản lý bộ nhớ gây ra.
5. Hỗ trợ đa luồng
Java cho phép tạo ra các chương trình có khả năng thực hiện đồng thời nhiều tác vụ khác nhau, qua đó giúp nhà phát triển có thể xây dựng được những ứng dụng tương tác hiệu quả, chạy mượt mà hơn.
6. An toàn và bảo mật
Tính bảo mật và an toàn của Java cho phép phát triển các hệ thống không bị ảnh hưởng bởi virus, cũng như không dễ bị giả mạo. Việc xác thực dựa trên mã hóa khóa công khai chính là một phần của cơ chế bảo mật mà Java mang lại.
Ngoài ra, để tăng cường tính bảo mật cho hệ thống thì Java còn cung cấp một hệ thống quản lý ứng dụng đa tầng hoạt động như sau:
- Tầng 1: Chỉ được phép truy cập dữ liệu và chức năng thông qua giao diện được cung cấp bởi lớp.
- Tầng 2: Trình biên dịch sẽ giám sát mã nguồn để đảm bảo rằng nó sẽ tuân theo các nguyên tắc của ngôn ngữ Java trước khi tiến hành chuyển đổi.
- Tầng 3: Trình thông dịch sẽ kiểm tra byte code để đảm bảo tính phù hợp của mã với các tiêu chuẩn và quy tắc trước khi thực thi.
- Tầng 4: Java sẽ chịu trách nhiệm quản lý quá trình tải lớp vào bộ nhớ và kiểm tra việc vi phạm giới hạn truy cập trước khi chúng được chính thức tải vào hệ thống.
7. Tính kế thừa và đa hình
Java là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (OOP), nên nó bao gồm các tính năng như kế thừa, đa hình và đóng gói. Đặc biệt, tính kế thừa và đa hình là hai tính chất quan trọng của lập trình hướng đối tượng trong Java, giúp lập trình viên viết mã hiệu quả, linh hoạt, hỗ trợ việc tái sử dụng mã nguồn và giảm thiểu sự trùng lặp trong mã.
8. Khả năng mở rộng
Java có khả năng mở rộng và điều này cho phép các nhà phát triển có thể bổ sung thêm những tính năng mới vào ngôn ngữ bằng cách tạo ra các thư viện và API riêng. Cũng chính nhờ đặc điểm này mà ngôn ngữ Java có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và phát triển theo các hướng đa dạng.
Kiến trúc và môi trường của Java
Khi nói về kiến trúc và môi trường của Java, chúng ta sẽ thường nhắc đến ba thành phần chính, bao gồm: Máy ảo Java (JVM), môi trường thời gian chạy Java (JRE) và bộ phát triển Java (JDK).
1. Máy ảo Java (JVM)
Máy ảo Java (JVM) đóng vai trò như một trình thông dịch cho phép các ứng dụng Java "giao tiếp" với hệ điều hành và thực thi các chức năng trên đó. Tuy nhiên, do mỗi hệ điều hành có cấu trúc và cách thức hoạt động riêng nên bạn cần cài đặt máy ảo tương ứng cho từng hệ điều hành để đảm bảo ứng dụng Java có thể hoạt động hiệu quả.
Bên cạnh đó, JVM cũng có vai trò cung cấp một môi trường thời gian chạy và cung cấp nền tảng để thực thi bytecode của Java. Cụ thể, JVM sẽ thực hiện các công việc sau:
- Tải mã.
- Xác minh mã.
- Thực thi mã.
- Tạo môi trường thời gian chạy.
2. Môi trường thời gian chạy Java - JRE
JRE là một bộ công cụ cung cấp môi trường thời gian chạy để thực thi các ứng dụng Java. Nó bao gồm JVM cùng một số thành phần khác và phụ thuộc hoàn toàn vào nền tảng. Theo đó, JRE sẽ hỗ trợ việc thực thi các chương trình Java bằng cách kết hợp JVM, công nghệ triển khai, bộ công cụ giao diện người dùng và các plugin Java.
3. Bộ phát triển Java (JDK)
JDK được viết tắt của từ Java Development Kit, đây là một bộ công cụ cung cấp môi trường để phát triển và thực thi các chương trình Java. Ngoài việc bao gồm JRE để chạy mã Java, JDK còn chứa các công cụ khác như trình thông dịch / trình tải, trình lưu trữ, trình biên dịch và trình tạo tài liệu.
Tất cả các thành phần này hợp lại để phát triển và thực thi các chương trình Java. Cụ thể, Bộ phát triển Java bao gồm các công cụ sau:
- Appletviewer: Dùng để xem các applet Java.
- Javac: Trình biên dịch Java.
- Java: Trình thông dịch Java.
- Javap: Trình tháo gỡ Java.
- Javah: Dùng cho tệp tiêu đề C.
- Javadoc: Dùng để tạo tệp HTML.
- Jdb: Trình gỡ lỗi Java.
Một số hạn chế của ngôn ngữ Java
Mặc dù Java có nhiều ưu điểm nhưng trên thực tế, ngôn ngữ lập trình này cũng tồn tại một số nhược điểm cần khắc phục, cụ thể:
- Vì là ngôn ngữ cấp cao nên Java buộc phải xử lý các khía cạnh phức tạp của việc biên dịch và trừu tượng trên máy ảo.
- Mặc dù máy ảo JVM đã được cải thiện nhiều nhưng trong một số trường hợp, hiệu suất của Java vẫn có thể không bằng các ngôn ngữ lập trình khác, chẳng hạn như C++.
- Ngôn ngữ Java thiếu một số công cụ để xây dựng giao diện người dùng đồ họa (GUI) phổ biến, điều này dẫn đến sự phụ thuộc vào các thư viện khác như SWT, Swing, JSF và JavaFX.
- Đôi khi, việc viết các đoạn mã dài và phức tạp có thể làm giảm khả năng đọc hiểu mã nguồn, đặc biệt là đối với người mới học Java.
Ứng dụng phổ biến của ngôn ngữ lập trình Java
Sau khi xuất hiện, Java đã trở nên phổ biến và thống trị lĩnh vực công nghệ từ đầu những năm 2000. Đồng thời, ngôn ngữ này cũng là sự lựa chọn ưa thích của nhiều lập trình viên và ứng dụng trong một số lĩnh vực dưới đây:
1. Lập trình web
Với nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, bảo mật, khả năng mở rộng, nền tảng đa dạng và cộng đồng lớn, Java là lựa chọn lý tưởng cho các nhà phát triển, lập trình web muốn xây dựng các ứng dụng web hiện đại, phức tạp và có thể mở rộng. Bên cạnh đó, Java cũng là một trong những ngôn ngữ lập trình phía máy chủ được hỗ trợ bởi các framework phổ biến như: Spring, Hibernate, Struts, Apache Hadoop và JSF.
Nhờ những đặc điểm trên, Java là lựa chọn hàng đầu cho việc phát triển back-end của các trang web lớn, phức tạp đòi hỏi hiệu suất cao, bảo mật và khả năng mở rộng tốt. Hiện nay, các trang web lớn như Amazon, AliExpress, LinkedIn,... cũng thường sử dụng Java để phát triển ứng dụng của họ.
2. Phát triển ứng dụng máy tính
Java hiện đang rất phổ biến trong việc phát triển giao diện đồ họa người dùng (GUI) cho các ứng dụng desktop. Với nhiều framework có sẵn như Swing, JavaFX, AWT hay Griffon,... việc xây dựng GUI đã trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Vì vậy, nếu bạn đang lên kế hoạch phát triển một ứng dụng dành cho máy tính thì Java chính là một lựa chọn tuyệt vời.
2. Phát triển ứng dụng di động
Java là một trong những ngôn ngữ lập trình hàng đầu để phát triển ứng dụng di động trên hệ điều hành Android. Được sử dụng rộng rãi cho cả điện thoại di động và máy tính bảng, Java đã cung cấp một loạt các framework như Android SDK để giúp cho quá trình phát triển ứng dụng di động trên nền tảng Android trở nên dễ dàng và linh hoạt hơn rất nhiều.
4. Phát triển games
Java đã trở thành một công cụ phổ biến để phát triển các trò chơi trên nhiều nền tảng khác nhau, từ máy tính cho đến điện thoại di động và máy tính bảng. Các tính năng nổi bật như đa luồng và xử lý đồ họa âm thanh của Java cũng đã được tận dụng để tạo ra các trò chơi phức tạp, hấp dẫn hơn.
5. Phát triển các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu
Java không chỉ được dùng để phát triển các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu như Oracle và MySQL, mà nó còn cung cấp các API cho việc kết nối, tương tác với các cơ sở dữ liệu. Điều này cho phép nhà phát triển có thể nhanh chóng tạo ra các ứng dụng quản lý cơ sở dữ liệu phức tạp và linh hoạt.
6. Internet vạn vật (IoT)
Java thường được các nhà phát triển coi là ngôn ngữ lý tưởng cho việc phát triển thiết bị IoT vì tính linh hoạt của nó. Về bản chất, Java là một ngôn ngữ lập trình không phụ thuộc vào nền tảng cụ thể. Do đó, người ta chỉ cần phải viết mã một lần là có thể áp dụng cho nhiều thiết bị khác nhau, giúp giảm bớt công việc lặp lại và tăng tính hiệu quả.
Ngoài ra, một lý do khác giúp Java được chọn làm một trong những ngôn ngữ hàng đầu cho Internet vạn vật đó là nhờ vào tính linh hoạt và di động của nó. Với việc được sử dụng rộng rãi trong phát triển các ứng dụng web, di động và máy tính, ngôn ngữ Java dễ dàng tích hợp với nhiều công nghệ khác nhau. Điều này giúp Java trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống định vị ô tô, thiết bị y tế và các thiết bị điện tử nhúng trong lĩnh vực IoT.
7. Ứng dụng trong big data
Bên cạnh Python thì vẫn còn nhiều ngôn ngữ lập trình khác được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực big data. Tuy nhiên, khi nói đến công nghệ big data thì hầu hết các lập trình viên hiện nay đều có thiên hướng ưa chuộng Java hơn. Lý do chính là vì hầu hết các công cụ big data phổ biến như Deeplearning4j, Hadoop đều được xây dựng và sử dụng Java.
8. Trí tuệ nhân tạo
Java cũng là một lựa chọn phổ biến để phát triển các ứng dụng Trí tuệ Nhân tạo (AI). Nhờ vào tính năng xử lý đa luồng và hướng đối tượng của Java, các nhà phát triển có thể tạo ra các ứng dụng AI phức tạp, bao gồm hệ thống chuyên gia, hệ thống dự đoán, và hệ thống robot một cách hiệu quả.
9. Phát triển các ứng dụng blockchain
Java cũng thường được ưa chuộng trong việc phát triển các ứng dụng công nghệ blockchain. Với đặc tính bảo mật cao, đáng tin cậy và khả năng xử lý giao dịch trên mạng, các nhà phát triển đã sử dụng Java để xây dựng các ứng dụng blockchain phức tạp.
Các phiên bản của lập trình Java
Trong ngôn ngữ lập trình Java, có 3 phiên bản chính mà chúng ta có thể tham khảo:
- Java Standard Edition (Java SE): Đây là nền tảng chính giúp cho các lập trình viên có thể phát triển những ứng dụng giao diện điều khiển, ứng dụng mạng và các ứng dụng dạng Win Form trong ngôn ngữ lập trình Java.
- Java Enterprise Edition (Java EE): Là một nền tảng phát triển ứng dụng được xây dựng trên cơ sở của Java SE, nó tập trung vào việc phát triển các ứng dụng web và các ứng dụng ở cấp độ doanh nghiệp.
- Java Mobile Edition (Java ME): Nền tảng dành cho việc phát triển các ứng dụng nhúng trên thiết bị di động và các thiết bị điện tử nhúng.
Trên đây là các thông tin về ngôn ngữ lập trình Java mà Phương Nam Vina muốn chia sẻ đến bạn. Hi vọng thông qua bài viết này, bạn có thể hiểu rõ về khái niệm ngôn ngữ lập trình Java là gì và những đặc điểm nổi bật, lợi ích của chúng trong thời đại công nghệ số phát triển, từ đó ứng dụng vào trong công việc của mình một cách hiệu quả.
Tham khảo thêm:
.NET là gì? Những kiến thức cần biết về lập trình .NET
CSS là gì? Những kiến thức tổng quan về ngôn ngữ CSS
JavaScript là gì? Tổng quan về ngôn ngữ lập trình JavaScript
