جاوا چیست و چه کاربردی دارد؟ – هرچه باید راجع به زبان برنامه‌نویسی Java بدانید

شرکت‌های سراسر جهان از زبان برنامه منحصر به فردی به نام Java برای ساخت اپلیکیشن‌ها و وب‌سایت‌های گوناگون استفاده می‌کنند و این یعنی با پشت سر گذاشتن آموزش جاوا، یکی از مهم‌ترین پیش‌نیازهای ورود به دنیای توسعه اپلیکیشن یا نرم‌افزار را برآورده خواهید کرد. جاوا را می‌توان زبانی شی‌گرا و مستقل از پلتفرم توصیف کرد که نباید با JavaScript – زبانی برای اسکریپت‌نویسی و ساخت صفحات وب – اشتباه گرفته شود. به لطف سهولت بالا در استفاده و شی‌گرا و قابل اطمینان بودن، Java یکی از محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی امروزی به حساب می‌آید و احتمالا یکی از نخستین زبان‌هایی باشد که توسعه‌دهندگان اپلیکیشن با آن روبه‌رو می‌شوند. در ادامه با کوئرا بلاگ همراه باشید تا بگوییم جاوا چیست و چه ویژگی‌های برجسته‌ای دارد.

زبان برنامه نویسی جاوا چیست ؟

جاوا زبانی برای برنامه‌نویسی است که می‌توان از آن برای ساخت نرم‌افزارهای سازگار با انواع سیستم عامل‌ها کمک گرفت. این زبان ساختاری دو مرحله‌ای دارد، به این معنی که هم زبانی نیازمند کامپایل (Compile) به حساب می‌آید و هم نیازمند تفسیر (Interpret). اما از آن‌جا که کدها بعد از کامپایل به فایلی قابل اجرا تبدیل نمی‌شوند، جاوا تفاوت‌های قابل توجهی با دیگر زبان‌های کامپایل‌شده دارد.

در جاوا، کد ابتدا کامپایل و سپس به قالبی دیگر به نام «Java Byte Code» (یا به اختصار JBC) ترجمه می‌شود. بعد باید JBC را مجددا کامپایل و به زبانی دیگر تفسیر کرد تا روی محیط سیستم عامل مورد نظر به اجرا درآید. این عملکرد مزیتی بزرگ برای توسعه‌دهندگان به همراه می‌آورد و به آن‌ها اجازه می‌دهد یک‌بار کد بنویسند و سپس آن را در هر جایی اجرا کنند.

این ویژگی خیلی زود به یکی از محبوب‌ترین مفاهیم در برنامه‌نویسی تبدیل شد و فلسفه «یک‌بار بنویس، همه‌جا اجرا کن» (Write Once, Run Anywhere یا به اختصار WORA) را به وجود آورد.

• بیشتر بخوانید: پایتون چیست؟ آشنایی با زبان برنامه‌نویسی Python

حالا که مفاهیم بنیادین جاوا را پوشش داده‌ایم، بد نیست که نگاهی اجمالی به تاریخچه این زبان نیز بیندازیم:

• زبان جاوا در ابتدا تحت عنوان OAK شناخته می‌شد.
• OAK که قرار بود برای مدیریت دیوایس‌های پرتابل و ست‌تاپ باکس‌های شرکت Sun Microsystem استفاده شود، شکستی بزرگ را تجربه کرد.
• توسعه زبان جدید و جایگزین OAK اوایل دهه ۱۹۹۰ میلادی و توسط مهندسی به نام جیمز گازلینگ کلید خورد.
• در سال ۱۹۹۵، شرکت Sun Microsystem نام OAK را به Java تغییر داد و این زبان جدید را به‌گونه‌ای پیکربندی کرد که با بازار نوظهور آن روزها – یعنی World Wide Web یا وب جهان‌گستر – سازگار باشد.
• در سال ۲۰۰۹ میلادی، Oracle Corporation اقدام به خرید Sun Microsystem کرد و بنابراین مالکیت سه محصول مهم این شرکت – یعنی جاوا، MySQL و Solaris – را به دست آورد.

مهم‌ترین کاربردهای جاوا چیست ؟

یکی از دلایل محبوبیت جاوا، سازگاری آن با گستره وسیعی از نیازها و وظایف است. علاوه بر این، جاوا گزینه‌ای ایده‌آل برای پروژه‌هایی است که نیاز به پرفورمنس بالا و تغییر مسیر سریع دارند. در ادامه تنها برخی از کاربردهای جاوا را با یکدیگر بررسی می‌کنیم.

• توسعه اپلیکیشن موبایل: از زمانی که اسمارت‌فون‌ها از راه رسیدند، توسعه اپلیکیشن موبایل با رشدی چشمگیر همراه شده است و این روزها میلیون‌ها اپلیکیشن مختلف در استورهایی مانند گوگل پلی پیدا می‌کنید. جاوا به صورت ذاتی گزینه‌ای معرکه برای ساخت اپلیکیشن‌های پیچیده‌ای به حساب می‌آید که رابط‌های کاربری متنوع دارند. یکی دیگر از دلایل کاربرد جاوا در این حوزه، امکان اتصال دیوایس‌های مختلف به یکدیگر است.
• هوش مصنوعی:‌ Artificial Intelligence یا هوش مصنوعی نوعی نرم‌افزار است که برای رسیدگی خودکار به محاسبات پیچیده طراحی می‌شود. چنین نرم‌افزارهایی در زمینه‌های گوناگون به کار می‌آیند، از بانکداری و امور مالی گرفته تا دستیارهای صوتی و هر جور دستگاه هوشمندی که بتوان متصور شد.
• کلان‌داده: Big Data یا کلان‌داده به معنی پایش داده و گزارش‌دهی برای دستیابی به راهکارهای گوناگون است. بسیاری از شرکت‌های بزرگ از علم تحلیل داده برای پایش کاربران، محصولات، فروش و مواردی این دست کمک می‌گیرند و جاوا هم بصری‌سازی داده – به شکلی که به راحتی قابل فهم و هضم باشد – را آسان‌تر کرده است.
• توسعه نرم‌افزار: با توجه به انعطاف‌پذیری بالا و سازگاری با سیستم‌ عامل‌های گوناگون – که از فلسفه WORA نشات می‌گیرد – جاوا یکی از بهترین گزینه‌ها برای توسعه نرم‌افزار به حساب می‌آید. علاوه بر این، با یک‌بار نوشتن کد و اجرای آن در هر جایی، توسعه‌دهندگان می‌توانند توسعه نرم‌افزار را به صورت موازی برای سیستم‌های مختلف پیش ببرند و در وقت و هزینه‌ها صرفه‌جویی کنند. هر نرم‌افزاری که با جاوا نوشته شود، روی هر دستگاهی که Java Virtual Machine (یا به اختصار JVM) روی آن نصب باشد به اجرا درخواهد آمد.

• اینترنت اشیا: عبارت اینترنت اشیا (Internet of Things | IoT) برای توصیف اتصال میان مجموعه‌ای از دستگاه‌های فیزیکی به کار می‌رود که نیاز به برقراری ارتباط و اشتراک‌گذاری داده با یکدیگر دارند. طی سال‌های اخیر، نیاز به برقراری ارتباط میان دستگاه‌های مختلف افزایش یافته است، چه در امور روزمره مانند مدیریت دمای خانه از طریق اپلیکیشن موبایل و چه در امور حیاتی مانند برقراری ارتباط میان هواپیماها و کنترلرهای ترافیک هوایی. از آن‌جا که زبان برنامه‌نویسی جاوا در ابتدا برای متصل کردن دیوایس‌ها دقیقا به همین شکل طراحی شده بود، گزینه‌ای بی‌نقص برای توسعه اینترنت اشیا تلقی می‌شود.
• توسعه وب: اگرچه طی دو دهه اخیر تغییراتی شگرف در صنعت توسعه وب پدید آمده، اما جاوا هیچوقت کارکرد و اهمیت خود را از دست نداده است. از این زبان هنوز هم به صورت گسترده برای مدیریت دیتابیس و افزودن عناصر تعاملی به صفحات وب استفاده می‌شود. ضمنا جاوا از فریم‌ورکی به نام Spring نیز برخوردار است که زیرساختی بی‌نظیر برای توسعه اپلیکیشن‌ (به‌خصوص اپلیکیشن‌های سازمانی) به حساب می‌آید.
• توسعه بلاکچین: علوم مرتبط به بلاکچین طی سال‌های اخیر به محبوبیتی شگرف رسیده‌اند و دلیل اصلی آن نیز ظهور رمزارزها بوده است. اما این تکنولوژی صرفا برای مدیریت رمزارزها طراحی نشده و جالب است بدانید که نخستین کاربرد آن، پایش برچسب‌های زمانی در مقالات علمی بود. بزرگ‌ترین مزیت بلاکچین این بود که از طریق رمزنگاری، از دقیق بودن برچسب‌های زمانی – و هر اطلاعات دیگری در مقالات پژوهشی – اطمینان حاصل می‌کرد. بعد از محبوبیت ناشی از رمزارزها، بلاکچین راه خود را به حوزه‌های دیگر – از جمله موبایل‌های هوشمند – نیز باز کرد و درست مثل دنیای توسعه اپلیکیشن موبایل، جاوا از بهترین انتخاب‌ها برای علوم مرتبط به بلاکچین به حساب می‌آید.

• بیشتر بخوانید: بهترین ترندها و تکنولوژی‌های توسعه اپلیکیشن موبایل در سال ۲۰۲۴

مهم‌ترین ویژگی‌های جاوا چیست ؟

سادگی، امنیت و حمل‌پذیری را می‌توان مهم‌ترین ویژگی‌های جاوا به حساب آورد. اما همه‌چیز به این موارد محدود نمی‌شود و در ادامه ۸ مورد از برجسته‌ترین ویژگی‌های جاوا را بررسی می‌کنیم:

• استواری: جاوا تاکید فراوان بر این دارد که تجربه‌ای عاری از خطا برای برنامه‌نویسان به ارمغان بیاورد. یکی از مثال‌های این موضوع، قابلیت Runtime Checking (یا RTC) است. RTC به صورت خودکار خطاهای ران‌تایم را شناسایی می‌کند و به اطلاع کاربر می‌رساند.
• سادگی: جاوا اساسا به‌گونه‌ای طراحی شده که به راحتی فرا گرفته شود. بنابراین با پشت سر گذاشتن آموزش‌ها و تمرینات صحیح، به آسانی می‌توانید در برنامه‌نویسی جاوا استاد شوید. ترکیب فرایندهای خودکار با فرایندهایی که ساختاری باثبات دارند به برنامه‌نویسان تازه‌کار کمک می‌کند اپلیکیشن‌های خود را با سهولت نسبی پیاده‌سازی کنند.
• شی‌گرایی: در زبان جاوا، همه‌چیز به شکل یک آبجکت یا شی دیده می‌شود. هر آبجکت متعلق به یک کلاس است و از نظر ماهیت، وضعیت و رفتار، مشخصه‌هایی منحصر به فرد دارد. چنین ساختاری باعث می‌شود پروژه‌های برنامه‌نویسی (و به‌خصوص پروژه‌های بزرگ و پیچیده) با سهولت هرچه بیشتر پیش بروند.
• چند ریسمانی: چند ریسمانی (Multithreading) بودن جاوا، کمک قابل توجهی به برنامه‌ها و اپلیکیشن‌های مبتنی بر آن می‌کند. فرایند چند ریسمانی به شما اجازه می‌دهد برنامه‌ها را به صورت مجزا اما همزمان به اجرا درآورید. علاوه بر این، ریسمان‌ها یا «رشته‌ها»، بخشی از فضای حافظه را با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند و از فشار وارده بر واحد پردازش مرکزی (CPU) می‌کاهند.

• امنیت: جاوا به صورت پیش‌فرض چندین لایه امنیتی دارد که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند محیط امن و عاری از ویروس برای کدنویسی داشته باشند. از مهم‌ترین ویژگی‌های امنیتی جاوا می‌شود به عدم نیاز به تعامل مستقیم با اشاره‌گرها (Pointers)، جداسازی کلاس‌های بومی و ایمپورت‌شده به کمک Classloader و کامپایل کردن برنامه‌های جاوا به بایت‌کد (Bytecode) اشاره کرد.
• مستقل از پلتفرم: همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، کدها بعد از نوشته شدن، روی هر پلتفرمی به اجرا درمی‌آیند و همین باعث می‌شود جاوا با اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی متفاوت باشد. با این زبان، نیازی به نوشتن کدهای مجزا برای پلتفرم‌های مک، لینوکس یا ویندوز نیست. در عوض با زبان متکی بر نرم‌افزار طرف خواهید بود که کدها را کامپایل و تبدیل به Bytecode می‌کند و سپس آن‌ها را روی پلتفرم دلخواه شما به اجرا درمی آورد.
• معماری خنثی: به این خاطر می‌گوییم جاوا معماری خنثی دارد که کدها عاری از هرگونه وابستگی و متغیر هستند و دستورالعمل‌های موجود در کد جاوا مستقیما روی پلتفرم مقصد به اجرا درنمی‌آیند.
• توزیع‌شده: جاوا از یک سیستم زبان توزیع‌شده بهره می‌برد که به شما اجازه می‌دهد به شکلی امن، کدها را میان دستگاه‌های گوناگون جابه‌جا کنید و به آن‌ها دسترسی یابید. همین ویژگی باعث می‌شود جاوا با تمام محیط‌های برنامه‌نویسی سازگار باشد.

• بیشتر بخوانید: IDE چیست؟ کدنویسی سریع‌تر با محیط‌های توسعه‌ی یکپارچه

اجزای تشکیل‌دهنده زبان و پلتفرم جاوا چیست ؟

برنامه‌نویسان جاوا، برنامه‌ها را به زبانی انسانی و قابل فهم می‌نویسند که تحت عنوان سورس کد (Source Code) شناخته می‌شود. بنابراین پردازنده‌های مرکزی و چیپ‌های موجود در دیوایس‌ها نمی‌توانند سورس کد را درک کنند.

کامپیوترها و چیپ‌ها تنها چیزی را متوجه می‌شوند که به آن «زبان ماشین» یا «کد ماشین» (Machine Code) می‌گوییم. کدهای ماشین در سطح پردازنده به اجرا درمی‌آیند و برای پردازنده‌های گوناگون، کدهای ماشین متفاوت نوشته می‌شود. بنابراین یکی از دغدغه‌های اصلی برنامه‌نویسان این است که سورس کد را به کدی قابل فهم و قابل اجرا برای ماشین تبدیل کنند. هنگام برنامه‌نویسی به زبان جاوا، تمام این فرایندها درون اجزای مختلف پلتفرم جاوا اتفاق می‌افتند:

کیت توسعه جاوا

«کیت توسعه جاوا» (Java Development Kit | JDK) محیطی برای توسعه نرم‌افزار است که از آن برای ساخت برنامک‌ها (Applets) و اپلیکیشن‌های جاوا استفاده می‌شود. این کیت توسعه روی سیستم‌های عامل ویندوز، macOS، سولاریس و لینوکس در دسترس است و به برنامه‌نویسان در کدنویسی و اجرای برنامه‌ها کمک می‌کنند. ناگفته نماند که JDK نسخه‌های گوناگون دارد و می‌شود چند ورژن مختلف از آن را روی کامپیوتری واحد نصب کرد.

اصلی‌ترین دلایل استفاده از JDK را در ادامه آورده‌ایم:

• JDK حاوی ابزارهای ضروری برای نوشتن و اجرا کردن برنامه‌های جاوا و JRE است. (اندکی جلوتر راجع به JRE یا «محیط ران‌تایم جاوا» نیز توضیح داده‌ایم).
• JDK حاوی کامپلایر، لانچر اپلیکیشن‌ جاوا، Appletviewer و انبوهی قابلیت دیگر است.
• کامپلایر JDK کدهای نوشته‌شده به زبان جاوا را به بایت‌کد تبدیل می‌کند.
• لانچر اپلیکیشن جاوا به باز کردن JRE، بارگذاری کلاس‌های ضروری و اجرای آن‌ها می‌پردازد.

ماشین مجازی جاوا

ماشین مجازی جاوا (Java Virtual Machine | JVM) موتوری است که محیط ران‌تایم برای اجرای کد یا اپلیکیشن جاوا را در اختیار شما می‌گذارد. این ابزار، بایت‌کد را به زبان ماشین تبدیل می‌کند و یکی از اجزای Java Run Environment به حساب می‌آید. کامپلایر زبان‌های دیگر، ماشین کد مخصوص هر سیستم را تولید می‌کنند. اما کامپلایلر جاوا به تولید کد برای ماشین مجازی می‌پردازد و همین باعث می‌شود که برنامه به آسانی روی پلتفرم‌‌های مختلف به اجرا درآید.

مهم‌ترین دلایل استفاده از JVM را در پایین می‌خوانید:

• JVM راهکاری مستقل از پلتفرم برای اجرای سورس کد در اختیار شما می‌گذارد.
• JVM انبوهی کتابخانه، ابزار و فریم‌ورک مختلف دارد.
• به محض اینکه برنامه‌ای قابل اجرا می‌نویسید، می‌توانید آن را روی هر پلتفرمی اجرا کنید و در وقت‌تان صرفه‌جویی خواهد شد.
• JVM همراه با کامپلایر Just-In-Time (به اختصار JIT) از راه می‌رسد که سورس کد جاوا را به زبان ماشین سطح پایین تبدیل می‌کند و بنابراین، با سرعت بیشتری نسبت به اپلیکیشن‌های عادی اجرا خواهد شد.

محیط ران‌تایم جاوا

«محیط ران‌تایم جاوا» (Java Runtime Environment | JRE) نرم‌افزاری است که برای اجرای نرم‌افزارهای دیگر طراحی شده است. در JRE گزینه‌هایی متعددی مانند کتابخانه‌های کلاس، بارگذارنده کلاس و JVM را پیدا خواهید کرد. اگر بخواهیم خیلی ساده بگوییم، برای اجرای برنامه‌های جاوا به JRE نیاز دارید. بنابراین افرادی که برنامه‌نویس نیستند نیازی به نصب JDK نخواهند داشت، اما در هر صورت نیازمند JRE خواهند بود تا برنامه‌های جاوا را به اجرا در آورند.

اصلی‌ترین دلایل استفاده از JRE به شرح زیر است:

• JRE کتابخانه‌های کلاس، JVM و انبوهی فایل پشتیبانی دیگر را در بر می‌گیرد. هرچند که حاوی هیچ ابزاری برای توسعه‌دهندگان – مثلا سیستم دیباگر یا کامپایلر – نیست.
• JRE از پکیج کلاس‌های ضروری مانند math ،swing ،util ،lang و awt و همینطور کتابخانه‌های ران‌تایم استفاده می‌کند.
• اگر بخواهید برنامک‌ها و اپلیکیشن‌های جاوا را اجرا کنید، JRE باید روی سیستم نصب باشد.

مزایای یادگیری برنامه نویسی با جاوا چیست ؟

حالا که می‌دانیم زبان جاوا چیست و چه ویژگی‌های مختلفی دارد، احتمالا به یادگیری آن علاقه‌مند شده باشید. در ادامه می‌گوییم که یادگیری جاوا چه مزایایی نسبت به سایر زبان‌های امروزی دارد.

• جاوا یکی از ساده‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی به حساب می‌آید و می‌توانید در زمانی به مراتب کوتاه‌تر از سایر زبان‌ها، کاملا بر آن مسلط شوید.
• این روزها می‌توانید بی‌نهایت محتوای آموزشی رایگان و پولی راجع به جاوا پیدا کنید.
• با جاوا می‌توان تقریبا هرچیزی ساخت، از اپلیکیشن‌های سازمانی گرفته تا سرور کاربردی. دقیقا به همین خاطر، آشنایی با جاوا یکی از پرتقاضاترین مهارت‌ها در جهان برنامه‌نویسی و توسعه نرم‌افزار تلقی می‌شود.
• نه‌تنها در گذر زمان از محبوبیت جاوا کاسته نشده، بلکه هر روز شرکت‌ها و برندهای بیشتری به دنبال برنامه‌نویسان جاوا می‌گردند.

چند مثال از کاربرد جاوا در شرکت‌های بزرگ

همانطور که در بخش قبلی اشاره کردیم، بسیاری از شرکت‌های بزرگ از زبان جاوا برای قوت‌رسانی به اپلیکیشن‌ها، نرم‌افزارها و وب‌سایت‌های خود استفاده می‌کنند. در ادامه تنها با برخی از این شرکت‌ها و استفاده‌ای که از جاوا دارند آشنا خواهید شد:

• Airbnb: توسعه بک‌اند برای وب‌سایت و اپلیکیشن اندروید
• Pinterest: توسعه اپلیکیشن و پردازش داده
• Uber: توسعه و نگهداری مجموعه نرم‌افزارهایی که اطلاعات سفرهای درون‌شهری را پردازش می‌کنند
• Spotify: توسعه بک‌اند برای این پلتفرم استریم موسیقی
• Slack: توسعه بک‌اند و همینطور توسعه Slack SDK برای جاوا
• Amazon: توسعه نرم‌افزار، از جمله Amazon Web Services
• Google: توسعه Google Web Toolkit، اپلیکیشن‌های اندروید و همینطور جیمیل
• Microsoft: کمک به توسعه مرورگر وب Edge و همینطور Visual Studio Code
• eBay: توسعه بک‌اند این وب‌سایت
• Meta: برنامه‌نویسی بک‌اند و توسعه اپلیکیشن اندروید برای پلتفرم‌های اجتماعی فیسبوک و اینستاگرام
• Netflix: توسعه بک‌اند برای این وب‌سایت استریم فیلم و سریال

جمع‌بندی و پاسخ به سوالات متداول

در حال حاضر که به پایان این مطلب رسیده‌ایم، به خوبی می‌دانید که زبان برنامه نویسی جاوا چیست و چه کاربردهای متعددی در دنیای توسعه نرم‌افزار دارد. علاوه بر این از مزایای کدنویسی به زبان جاوا هم باخبر شدید و با توجه به تقاضای فراوانی که برای آن وجود دارد، می‌توانید با اعتماد به نفس کامل شروع به یادگیری کنید.

منبع: CourseEra و GeeksForGeeks و Hubspot Blog