Lập trình Java cơ bản - Chương 2: Nhập môn Java

giới hạn bởi tính bảo mật.
2.4 Máy ảo Java (JVM-Java Virtual Machine)
Máy ảo Java là trái tim của ngôn ngữ Java. Môi trường Java bao gồm năm phần tử sau:
Ngôn ngữ
Ðịnh nghĩa Bytecode
Các thư viện lớp Java/Sun
Máy ảo Java (JVM)
Cấu trúc của file .class
Các phần tử tạo cho Java thành công là 
Ðịnh nghĩa Bytecode
Cấu trúc của file .class
Máy ảo Java (JVM)
Khả năng cơ động của file .class cho phép các chương trình Java viết một lần nhưng chạy ở bất kỳ đâu. Khả năng này có được nhờ sự giúp đỡ của máy ảo Java.
2.4.1 Máy ảo Java là gì ?
Máy ảo là một phần mềm dựa trên cơ sở máy tính ảo. Nó có tập hợp các lệnh logic để xác định các hoạt động của máy tính. Người ta có thể xem nó như một hệ điều hành thu nhỏ. Nó thiết lập các lớp trừu tượng cho: Phần cứng bên dưới, hệ điều hành, mã đã biên dịch.
Trình biên dịch chuyển mã nguồn thành tập các lệnh của máy ảo mà không phụ thuộc vào phần cứng cụ thể. Trình thông dịch trên mỗi máy sẽ chuyển tập lệnh này thành chương trình thực thi. Máy ảo tạo ra một môi trường bên trong để thực thi các lệnh bằng cách: 
Nạp các file .class
Quản lý bộ nhớ 
Dọn “rác”
Việc không nhất quán của phần cứng làm cho máy ảo phải sử dụng ngăn xếp để lưu trữ các thông tin sau:
Các “Frame” chứa các trạng thái của các phương thức.
Các toán hạng của mã bytecode.
Các tham số truyền cho phương thức.
Các biến cục bộ.
Khi JVM thực thi mã, một thanh ghi cục bộ có tên “Program Counter” được sử dụng. Thanh ghi này trỏ tới lệnh đang thực hiện. Khi cần thiết, có thể thay đổi nội dung thanh ghi để đổi hướng thực thi của chương trình. Trong trường hợp thông thường thì từng lệnh một nối tiếp nhau sẽ được thực thi.
Một khái niệm thông dụng khác trong Java là trình biên dịch “Just In Time-JIT”. Các trình duyệt thông dụng như Netscape hay IE đều có JIT bên trong để tăng tốc độ thực thi chương trình Java. Mục đích chính của JIT là chuyển tập lệnh bytecode thành mã máy cụ thể cho từng loại CPU. Các lệnh này sẽ được lưu trữ và sử dụng mỗi khi gọi đến.
2.4.2 Quản lý bộ nhớ và dọn rác 
Trong C, C++ hay Pascal người lập trình sử dụng phương pháp trực tiếp để cấp phát và thu hồi bộ nhớ ở vùng “Heap”. Heap là vùng bộ nhớ lớn được phân chia cho tất cả các luồng.
Để quản lý Heap, bộ nhớ được theo dõi qua các danh sách sau:
Danh sách các vùng nhớ chưa sử dụng.
Danh sách các vùng đã cấp.
Khi có một yêu cầu về cấp phát bộ nhớ, hệ thống xem xét trong danh sách chưa cấp phát để lấy ra khối bộ nhớ đầu tiên có kích cỡ sát nhất với lượng bộ nhớ cần thiết . Kỹ thuật cấp phát này giảm tối thiểu việc phân mảnh của heap.
“Coalescing” là kỹ thuật khác cũng giảm thiểu việc phân mảnh của heap bằng cách gom lại các vùng nhớ chưa dùng liền nhau thành một khối lớn hơn. Còn kỹ thuật sắp xếp lại các phần đã dùng để tạo vùng nhớ chưa sử dụng lớn hơn gọi là “Compaction”.
Java sử dụng hai heap riêng biệt cho cấp phát vùng nhớ tĩnh và vùng nhớ động. Một heap (heap tĩnh) chứa các định nghĩa về lớp, các hằng và danh sách các phương thức. Heap còn lại (heap động) được chia làm hai phần được cấp phát theo hai chiều ngược nhau. Một bên chứa đối tượng còn một bên chứa con trỏ trỏ đến đối tượng đó.
“Handle” là cấu trúc bao gồm hai con trỏ. Một trỏ đến bảng phương thức của đối tượng, con trỏ thứ hai trỏ đến chính đối tượng đó. Chú ý rằng khi “compaction” cần cập nhật lại giá trị con trỏ của cấu trúc “handle”.
Thuật toán dọn rác có thể áp dụng cho các đối tượng đặt trong heap động. Khi có yêu cầu về bộ nhớ, trình quản lý heap trước tiên kiểm tra danh sách bộ nhớ chưa cấp phát. Nếu không tìm thấy khối bộ nhớ nào phù hợp (về kích cỡ) thì trình dọn rác sẽ được kích hoạt khi hệ thống rỗi. Nhưng khi đòi hỏi bộ nhớ cấp bách thì trình dọn rác sẽ được kích hoạt ngay.
Trình dọn rác gọi phương thức finalize của đối tượng trước khi dọn dẹp đối tượng. Hàm này sẽ dọn dẹp các tài nguyên bên ngoài như các file đang mở. Công việc này không được trình dọn rác thực thi.
2.4.3 Quá trình kiểm tra file .class
Việc kiểm tra được áp dụng cho tất cả các file .class sắp được nạp lên bộ nhớ để đảm bảo tính an toàn. Trình “Class Loader” sẽ kiểm tra tất cả các file .class không thuộc hệ điều hành với mục đích giám sát sự tuân thủ các nghi thức để phát hiện các file .class có nguy cơ gây hư hỏng đến bộ nhớ, hệ thống file cục bộ, mạng hoặc hệ điều hành. Quá trình kiểm tra sẽ xem xét tổng thể tính nguyên vẹn của một lớp.
File .class bao gồm ba phần logic là:
Bytecode
Thông tin về Class như phương thức, giao diện và các giá trị hằng số được tập hợp trong quá trình biên dịch.
Các thuộc tính về lớp.
Các thông tin của file .class được xem xét riêng rẽ trong các bảng sau:
Bảng Field chứa các thuộc tính
Bảng Method chứa các hàm của class
Bảng Interface và và các hằng số.
Quá trình kiểm tra file .class được thực hiện ở bốn mức:
Mức đầu tiên thực hiện việc kiểm tra cú pháp để đảm bảo tính cấu trúc và tính toàn vẹn cú pháp của file .class được nạp.
Mức thứ hai sẽ xem xét file .class để đảm bảo các file này không vi phạm các nguyên tắc về sự nhất quán ngữ nghĩa.
Mức thứ ba sẽ kiểm tra bytecode. Trong bước này sẽ kiểm tra số thông số truyền vào phương thức, khả năng truy xuất sai chỉ số của mảng, chuỗi, biểu thức.
Mức thứ tư sẽ kiểm tra trong thời gian thực thi để giám sát các việc còn lại mà ba bước trên chưa làm. Ví dụ như liên kết tới các lớp khác trong khi thực thi, hay kiểm tra quyền truy xuất. Nếu mọi điều thỏa mãn, lớp sẽ được khởi tạo.
2.5 Bộ công cụ phát triển JDK (Java Development Kit)
Sun Microsystem đưa ra ngôn ngữ lập trình Java qua sản phẩm có tên là Java Development Kit (JDK). Ba phiên bản chính là:
Java 1.0 - Sử dụng lần đầu vào năm 1995
Java 1.1 – Ðưa ra năm 1997 vớI nhiều ưu điểm hơn phiên bản trước.
Java 2 – Phiên bản mới nhất
JDK bao gồm Java Plug-In, chúng cho phép chạy trực tiếp Java Applet hay JavaBean bằng cách dùng JRE thay cho sử dụng môi trường thực thi mặ c định của trình duyệt.
JDK chứa các công cụ sau:
2.5.1 Trình biên dịch, 'javac' 
Cú pháp:
javac [options] sourcecodename.java
2.5.2 Trình thông dịch, 'java' 
Cú pháp:
java [options] classname 
2.5.3 Trình dịch ngược, 'javap' 
javap dịch ngược bytecode và in ra thông tin về các thuộc tính (các trường), các phương thức của một lớp.
Cú pháp:
javap [options] classname 
2.5.4 Công cụ sinh tài liệu, 'javadoc' 
Tiện ích này cho phép ta tạo ra tệp HTML dựa trên các lời giải thích trong mã chương trình (phần nằm trong cặp dấu /*.... */).
Cú pháp:
javadoc [options] sourcecodename.java
2.5.5 Chương trình tìm lỗi - Debug, 'jdb‘
Cú pháp:
jdb [options] sourcecodename.java
	hay
jdb -host -password [options] sourcecodename.java
2.5.6 Chương trình xem Applet , 'appletviewer‘
Cú pháp:
appletviewer [options] url
2.6 Java Core API
Nhân Java API được thay thế bởi phiên bản JFC 1.1. 
Một số package thông dụng được:
2.6.1 java.lang
Chứa các lớp quan trọng nhất của ngôn ngữ Java. Chúng bao gồm các kiểu dữ liệu cơ bản như ký tự, số nguyên,… Chúng cũng chứa các lớp làm nhiệm vụ xử lý lỗi và các lớp vào ra chuẩn. Một vài lớp quan trọng khác như String hay StringBuffer.
java.applet
Đây là package nhỏ nhất chứa một mình lớp Applet. Các Applet nhúng trong trang Web hay chạy trong appletviewer đều thừa kế từ lớp này.
2.6.3 java.awt 
Package này đươợc gọi là Abstract Window Toolkit (AWT). Chúng chứa các lớp dùng để tạo giao diện đồ họa. Một số lớp bên trong là: Button, GridBagLayout, Graphics.
2.6.4 java.io
Cung cấp thư viện vào ra chuẩ. Chúng cho phép tạo và quản lý dòng dữ liệu theo nhiều cách.
java.util
Package này cung cấp một số công cụ hữu ích. Một vài lớp của package này là: Date, Hashtable, Stack, Vector và StringTokenizer.
2.6.6 java.net 
Cung cấp khả năng giao tiếp với máy từ xa. Cho phép tạo và kết nối tới Socket hoặc URL.
2.6.7 java.awt.event
Chứa các lớp, giao diện dùng để xử lý các sự kiện trong chương trình như chuột, bàn phím. 
java.rmi
Công cụ để gọi hàm từ xa. Chúng cho phép tạo đối tượng trên máy khác và sử dụng các đối tượng đó trên máy cục bộ.
2.6.9 java.security
Cung cấp các công cụ cần thiết để mã hóa và đảm bảo tính an toàn của dữ liệu truyền giữa máy trạm và máy chủ.
2.6.10 java.sql
Package này chứa Java DataBase Connectivity (JDBC), dùng để truy xuất cơ sở dữ liệu quan hệ như Oracle, SQL Server,.... 
2.7 Các đặc trưng mới của Java 2
Các phiên bản trước của Java chỉ thích hợp để viết các ứng dụng nhỏ trên Web hơn là xây dựng các ứng dụng chạy trên mạng để đảm nhiệm toàn bộ các công việc của của một công ty hoặc hệ thống phân tán. Java 2 đáp ứng yêu cầu này. Một vài đặc trưng của chúng là:
Swing
Đây là một tập các lớp và giao diện mới dùng để tạo giao diện ứng dụng đồ họa "Look and Feel".
Kéo và thả 
Đây là khả năng di chuyển thông tin giữa các ứng dụng hay các phần khác nhau của chương trình.
Java 2D API 
Chứa tập hợp các lớp hỗ trợ cho ảnh và đồ họa hai chiều.
Java sound
Tập hợp hoàn toàn mới các lớp đặc trưng về âm thanh của Java.
RMI 
RMI (Remote Method Invocation) cho phép các ứng dụng gọi các phương thức của đối tượng tại máy khác và cho phép giao tiếp với chúng.
Tóm tắt
Java là ngôn ngữ biên dịch và thông dịch
Các đặc trưng của Java
Đơn giản
Hướng đối tượng
Độc lập phần cứng
Mạnh
Bảo mật
Phân tán
Đa luồng
Động
Máy ảo Java
Java Development Kit
Các đặc trưng mới của Java 2
Kiểm tra sự tiến bộ
Bạn có thể viết các chương trình dạng thủ tục bằng Java. 	Đúng/Sai
Java là ngôn ngữ có kiểu dữ liệu chặt chẽ. 	Đúng/Sai
...........................là chương trình Java chạy độc lập, và sử dụng giao diện đồ họa để người sử dụng nhập dữ liệu. 
...........................sử dụng JDBC API để kết nối cơ sở dữ liệu.
..........................hiểu một dòng các lệnh máy tính trừu tượng.
Coalescing và Compaction là gì?
Lệnh ............... được sử dụng để dịch file mã nguồn .java.
Lớp ......... phải là lớp cha của các applet, applet là chương có thể nhúng vào trang Web hay chạy bằng Java AppletViewer.
Bài tập
Cài đặt Java 2
Gõ các lệnh sau tại dấu nhắc và liệt kê các tham số khác nhau của chúng:
javac
java