Introduction au langage Java
2024-12-05
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| Java |
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La modélisation objet
- Origines : Issue des problèmes de simulation dans les années 1960.
- Utilisation :
- En modélisation (UML).
- En programmation (Smalltalk, C++, Java, etc.).
- En bases de données (SGBDOO : presque disparus et SGBDRO).
- Concept majeur : L’encapsulation.
- Communication entre objets : Un objet communique avec un autre via un ensemble de messages prédéfinis, sans connaître leur implantation interne.
- Regroupement en classe : Les objets peuvent être regroupés en classe.
- Autres concepts ajoutés : Composition, délégation, héritage, etc.
- Deux points de vue sur un objet :
- Structurel : Instance d’un type (une classe) masquant une structure derrière des opérations.
- Conceptuel : Correspond à une entité du monde réel, généralisable ou spécialisée.
Les objets
Définition 1 (Objet) Représente une entité avec une identité, un état (attributs) et un comportement (méthodes).
Comportement (Méthodes) : Réagir aux messages selon son état interne, pouvant le modifier.
État Interne (Attributs) : Noms et valeurs décrivant l’état.
Encapsulation : Cache l’état interne et fournit des méthodes pour y accéder, améliorant la sécurité et l’évolutivité.
Avantages
- Sécurité : Protéger les données internes.
- Évolutivité : Modifier l’implémentation interne sans affecter le code externe.
Inconvénients
- Performance : L’encapsulation peut entraîner une légère surcharge.
Les messages
- Méthodes d’un Objet :
- Un objet possède un ensemble de méthodes, qui peuvent être publiques ou privées.
- Interface Publique :
- L’ensemble des méthodes publiques constitue l’interface de l’objet, représentant les messages qu’il peut recevoir et traiter.
- Exemples de Méthodes :
Les classes - Définition
- Similarités entre Objets :
- Certains objets possèdent des propriétés très proches, voire identiques.
- Exemple : Les propriétés des voitures dans un programme ou, de manière plus générale, les propriétés communes entre différents véhicules.
- Notion de Classe :
- Une classe est un ensemble d’objets présentant des similitudes en termes d’identification, de comportement, ou de description de l’état dans une application.
- On appelle instance d’une classe un objet qui appartient à cette classe.
- Exemples :
- Classe
Voiture:- Attributs :
marque,modèle,année,couleur. - Méthodes :
démarrer(),arrêter(),accélérer().
- Attributs :
- Instances de la Classe
Voiture:voiture1: marque=“Toyota”, modèle=“Corolla”, année=2020, couleur=“Rouge”.voiture2: marque=“Honda”, modèle=“Civic”, année=2018, couleur=“Bleue”.
- Classe
Concept de Classe dans les langages de programmation
- UML :
- Langage unifié utilisé pour modéliser des entités du monde réel ou des concepts abstraits.
- Définit les propriétés (attributs) et comportements (méthodes) des objets.
- Permet de représenter la structure et les relations entre les classes à l’aide de diagrammes.
- Java :
- Langage orienté objet mettant l’accent sur l’encapsulation, l’héritage et le polymorphisme.
- Structure fondamentale pour organiser le code en modules réutilisables.
- Contrôle strictement l’accès aux données via les classes.
- Python :
- Utilise des classes pour créer des objets de manière flexible et dynamique.
- Supporte l’héritage multiple, le polymorphisme et la surcharge d’opérateurs.
- Méthodes spéciales permettant une personnalisation avancée du comportement des objets.
- JavaScript et TypeScript :
- Partagent le concept de classes introduit avec ECMAScript 6 (ES6).
- JavaScript simplifie la syntaxe de création d’objets avec
class, basée sur des prototypes. - TypeScript étend JavaScript avec un typage statique pour des fonctionnalités de vérification de types.
UML
Figure 1: Les Voiture en UML
Java
public class Voiture {
private String marque;
private String modele;
private int annee;
private String couleur;
private static int nombreDeVoitures = 0;
public Voiture(String marque, String modele, int annee, String couleur) {
this.marque = marque;
this.modele = modele;
this.annee = annee;
this.couleur = couleur;
nombreDeVoitures++;
}
public void demarrer() {
System.out.println(marque + " " + modele + " démarre.");
}
public void arreter() {
System.out.println(marque + " " + modele + " s'arrête.");
}
public void accelerer(int vitesse) {
System.out.println(marque + " " + modele + " accélère à " + vitesse + " km/h.");
}
public static int getNombreDeVoitures() {
return nombreDeVoitures;
}
}Python
class Voiture:
nombre_de_voitures = 0
def __init__(self, marque, modele, annee, couleur):
self.marque = marque
self.modele = modele
self.annee = annee
self.couleur = couleur
Voiture.nombre_de_voitures += 1
def demarrer(self):
print(f"{self.marque} {self.modele} démarre.")
def arreter(self):
print(f"{self.marque} {self.modele} s'arrête.")
def accelerer(self, vitesse):
print(f"{self.marque} {self.modele} accélère à {vitesse} km/h.")
@classmethod
def get_nombre_de_voitures(cls):
return cls.nombre_de_voituresKotlin
class Voiture(
private val marque: String,
private val modele: String,
private val annee: Int,
private val couleur: String
) {
companion object {
var nombreDeVoitures: Int = 0
private set
}
init {
nombreDeVoitures++
}
fun demarrer() {
println("$marque $modele démarre.")
}
fun arreter() {
println("$marque $modele s'arrête.")
}
fun accelerer(vitesse: Int) {
println("$marque $modele accélère à $vitesse km/h.")
}
}Typescript
class Voiture {
private static nombreDeVoitures: number = 0;
constructor(
private marque: string,
private modele: string,
private annee: number,
private couleur: string
) {
Voiture.nombreDeVoitures++;
}
public demarrer(): void {
console.log(`${this.marque} ${this.modele} démarre.`);
}
public arreter(): void {
console.log(`${this.marque} ${this.modele} s'arrête.`);
}
public accelerer(vitesse: number): void {
console.log(`${this.marque} ${this.modele} accélère à ${vitesse} km/h.`);
}
public static getNombreDeVoitures(): number {
return Voiture.nombreDeVoitures;
}
}Javascript
// Constructeur Voiture
function Voiture(marque, modele, annee, couleur) {
this.marque = marque;
this.modele = modele;
this.annee = annee;
this.couleur = couleur;
Voiture.nombreDeVoitures++;
}
// Propriété statique pour compter le nombre de voitures
Voiture.nombreDeVoitures = 0;
// Méthodes de la classe Voiture
Voiture.prototype.demarrer = function() {
console.log(this.marque + " " + this.modele + " démarre.");
};
Voiture.prototype.arreter = function() {
console.log(this.marque + " " + this.modele + " s'arrête.");
};
Voiture.prototype.accelerer = function(vitesse) {
console.log(this.marque + " " + this.modele + " accélère à " + vitesse + " km/h.");
};
// Méthode statique pour obtenir le nombre de voitures
Voiture.getNombreDeVoitures = function() {
return Voiture.nombreDeVoitures;
};Les classes - Utilisation
- Description des Propriétés des Instances :
- Une classe décrit les propriétés de ses instances en définissant leurs variables d’état et leurs méthodes.
- Instanciation de Nouveaux Objets :
- Une classe permet de créer de nouveaux objets via des constructeurs.
- Partage d’Informations :
- Une classe facilite le partage d’informations entre objets et la gestion des instances.
- Pour ce faire, des propriétés peuvent être associées aux classes elles-mêmes, plutôt qu’aux objets individuels.
- Une classe facilite le partage d’informations entre objets et la gestion des instances.
Origines et Motivations de la Création du Langage Java
- Origines :
- Créé par James Gosling et son équipe chez Sun Microsystems dans les années 1990.
- Projet “Green” pour les appareils électroménagers intelligents.
- Motivations :
- Portabilité maximale grâce à la machine virtuelle Java (JVM).
- Sécurité renforcée et robustesse des applications.
- Simplification du développement par rapport à C++.
- Évolution :
- Lancé officiellement en 1995.
- Acquis par Oracle en 2010, continué sous leur direction.
- Licence open source pour le code source, avec des binaires sous licence propriétaire.
- Distributions de Binaires Libres :
- Exemple : Temurin (AdoptOpenJDK), une alternative populaire open source.
Les caractéristiques de Java
Orienté objet : Encourage la modélisation des problèmes sous forme d’objets.
Portable : Grâce à la JVM, permet de “Compiler une fois, exécuter partout”.
Sécurité : Typage fort et mécanismes de vérification préventifs.
Multi-Tâche : Supporte la programmation multi-thread pour l’exécution concurrente.
Dynamique : Permet le chargement des classes pendant l’exécution.
Complet : Bibliothèque riche d’API pour le développement d’applications (IHM, réseau, bases de données, etc.).
Interprété mais compilé : Compilation en bytecode portable et interprétation par la JVM avec optimisations JIT. Intégration de l’AOT et optimisation JIT pour améliorer les performances.
Du code source à l’exécution
- Compilation :
- À partir du code source (fichiers .java) avec le compilateur (commande javac).
- Création de bytecode Java (fichiers .class), un pseudo-code compréhensible par la JVM.
- Bytecode Java :
- Code assembleur Java, composé d’une suite d’instructions pour la machine virtuelle Java.
- Machine Virtuelle :
- JVM : Java Virtual Machine.
- Implémentation de la JVM pour différents systèmes (Windows, Unix, MacOS, etc.).
- Interprétation et Optimisation du Code :
- La JVM interprète le bytecode Java pour l’exécuter.
- Oracle fournit une implantation de référence et des optimisations JIT (Just-In-Time) pour améliorer les performances.
Code source et bytecode
La classe peut être compilée: javac BonjourATous.java
puis exécutée:java BonjourATous
Bonjour a tous !il est aussi possible de consulter le bytecode: javap -c BonjourATous.class
Compiled from "BonjourATous.java"
class BonjourATous {
BonjourATous();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: getstatic #7 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc #13 // String Bonjour a tous !
5: invokevirtual #15 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
}Implantation et Versions
Implantation de Référence : Fournie par Oracle, consultez la documentation Java SE.
Java Development Kit (JDK) : Utilisé pour le développement et l’exécution des programmes Java.
Java Runtime Environment (JRE) : Utilisé uniquement pour l’exécution des programmes Java.
Gestion des Versions :
- Java évolue avec l’apparition de nouvelles fonctionnalités et la disparition de certaines marquées comme obsolètes (deprecated).
- https://www.java.com/releases/
- Consultez le roadmap de support Oracle pour les détails sur les versions à long terme (LTS) :
- Java 8 (mars 2014, support illimité)
- Java 11 (septembre 2018, support jusqu’en 2024)
- Java 17 (septembre 2021, support jusqu’en 2027)
- Java 21 (septembre 2023, support jusqu’en 2028)
- Java 25 (septembre 2025, support jusqu’en 2030)
- Non LTS: Java 22 (mars 2024) puis Java 23 (septembre 2024)
Environnement de Développement Java
- Prérequis :
- Au minimum, nécessitez un JDK (Java Development Kit) et un éditeur de texte.
- Outils de Gestion de Projet :
- Utilisez des outils comme Maven ou Gradle pour la gestion des dépendances et la construction de projets.
- Environnement de Développement Intégré (IDE) :
- Les IDE offrent une assistance complète au développement avec des fonctionnalités telles que la navigation dans les sources, la saisie assistée, et le débogage.
- Choisissez parmi plusieurs solutions :
- Eclipse, un projet open source supporté par IBM, offre une suite complète d’outils (http://www.eclipse.org).
- IntelliJ IDEA de JetBrains, disponible en versions communautaire et commerciale, est réputé pour son éditeur performant (https://www.jetbrains.com/idea).
- Pour une expérience légère mais puissante, Visual Studio Code propose des extensions pour le développement Java (https://code.visualstudio.com/docs/languages/java).
Java en résumé
- Avantages
- Portabilité : Le bytecode Java est exécutable sur n’importe quelle JVM, assurant une grande portabilité des applications.
- Sécurité : Java est conçu avec des mécanismes de sécurité intégrés, renforcés par les vérifications effectuées par la JVM lors de l’exécution.
- Richesse des Bibliothèques : Java offre une vaste collection de bibliothèques standard, facilitant le développement d’applications variées et complexes.
- Inconvénients
- Performance : L’interprétation du bytecode et les vérifications effectuées par la JVM peuvent entraîner des ralentissements lors de l’exécution des programmes Java.
- Les JVM, comme HotSpot, intègrent des techniques d’optimisation à la volée pour améliorer les performances, mais elles peuvent ne pas suffire dans les cas où la vitesse est critique.
- Pour des performances maximales, les développeurs peuvent choisir des langages comme C ou C++.
- L’intégration de code natif en Java est possible mais au prix de la portabilité de l’application.
- Performance : L’interprétation du bytecode et les vérifications effectuées par la JVM peuvent entraîner des ralentissements lors de l’exécution des programmes Java.
E. Bruno