Intro Java
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Introducción a Java
Cecilia Hernández
2007
Introducción a Java
Lenguaje de Programación Orientado a Objetos Características
Independiente de la plataforma• Compilador no genera código ejecutable nativo a la
máquina donde se ejecuta• Compilador produce un formato especial llamado byte
codes• Para que bytescodes puedan ejecutarse en una máquina
específica se necesita un intérprete en tiempo de ejecución. El intérprete es el que genera código de lenguaje de máquina entendido por la máquina
• Ambiente de ejecución normalmente se conoce como Java Virtual Machine (JVM)
Recolector de basura• Memoria es liberada automáticamente cuando JMV lo
determina
Plataforma Java
Incluye J2SE Java 2 Standard Edition J2EE Java 2 Enterprise Edition Java ME Java APIs para desarrollo de aplicaciones en
PDAs y celulares Compilador Just in time. En lugar de interpretar una
instrucción a la vez, interpreta el bytecode completo a código nativo en máquina cuando se carga en MV
Versión Version actual de Java es normalmente referida a 1.6
o 6.0
Documentaciónhttp://java.sun.com/developer/onlineTrainin
g/• Tutorial J2SE JDK
http://java.sun.com/docs/books/tutorial/index.html
Especificación de API de Java Standard Edition 6.0http://java.sun.com/javase/6/docs/api/
Java
Programando en Java
Primer programa
Compilador: javac : Traduce archivos .java en .class (bytecodes)
Intérprete: java : dinámicamente ejecuta programa previa interpretación de bytecode a código de lenguaje de máquina
Existen ambientes para la creación, edición, compilación y ejecución: Eclipse, NetBeans, DrJava, etc
public class Hello { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hola, amigo!!"); }}
Estructura de programas en Java
Cada programa ejecutable en java consiste en una clase
Aplicación Al menos una de las clases debe contener el
método main Declaración de método main debe ser método
estático• Metodo asociado a clase no objeto
Declaración public, cualquiera puede invocarlo
Palabras clave en Java
Palabras claves tienen significado especial y no pueden usarse como identificadores de variables ni clases ni métodos
abstract default if private this boolean do implements protected throw break double import public throws byte else instanceof return transient case extends int short try catch final interface static void char finally long strictfp volatile class float native super while const for new switch continue goto package synchronized
Tipos de datos
Tipos primitivosTipos de datos simples definidos por el
lenguaje de programación• En Java son 8
• boolean (true o false), char (16 bits set caracteres unicode), byte (8 bits con signo), short (16 bits), int (32 bits), long (64 bits), float (32 bits punto flotante), double (64 bits punto flotante)
• Tipos no primitivos se conocen como Tipos Objetos
Constantes
Declaraciónpublic static final <type> <name> = <value> ;
Ejemplospublic static final int DAYS_IN_WEEK = 7;
public static final double INTEREST_RATE = 3.5;
public static final int SSN = 658234569;
Control de flujo
Ciclos for(), while(), do-while()
Condicionales If – else switch (expresion){
case n: sentencias;case m: sentencias;…default: sentencias;}
Objetos
Instancias de tipos de datos complejos llamados clases
Entidad que contiene datos y comportamientos
Existen variables, que almacenan datos dentro de un objeto
Existen métodos dentro de objeto que representan su comportamiento
Creación de objetos en Java mediante uso de keyboard new
Variables de referencia
Variables de tipos de objetos son llamadas referencias
Referencias no almacenan objeto, sino que almacenan la dirección de una ubicación en memoria del objeto
Si uno asigna una referencia a otra para referirse al mismo objeto, el objeto no es copiado. Las dos referencias comparten el mismo objeto. Llamando un método en cualquiera de las dos variables modificará el mismo objeto
Variables estáticas static
Variables estáticas• También se les conoce como class variables• Variables que se asocian a clase no a objeto• Variable común a todos los objetos (variables
compartidas entre todos los objetos de la clase)• Se define como variable de clase con la
palabra clave static• Ejemplo : Identificador de cuenta de CuentaBanco.
Un número que identifique únicamente a dueño de cuenta.
Ejemplo variables estáticas
public class CuantaBanco {private String nombre;private int balance;private int Id;private static int proxIdDisponible = 1;
/** Constructor, establece nombre dueño y balance inicial de la cuenta */
public CuentaBanco(String nombre, int balance){
this.nombre = nombre;this.balance = balance;this.Id = proxIdDisponible;proxIdDisponible++;
}
Algunos métodos no están asociados, en forma natural, con objetos particulares Ejemplo, métodos en clase Math, sqrt, sin, cos, tan
También podría darse el caso que nos gustaría llamar un métodos antes de crear un objeto Tales métodos pueden ser declarados estáticos: el
método no es parte de una instancia sino que de la clase
• Se invocan enviando mensaje a la clase• No puede accesar referencia “this” o cualquier
variable o método dentro de un método estático dado que no está asociado a un objeto
Métodos estáticos
Entrada de datos Gráfico. Usar un método estático showInputDialog de
la clase JOptionPane Método despliega un dialog y retorna un string ingresado por
usuario o nulo si entrada se cancela• Si se desea un entero o real como entrada debe convertirse con
Integer.parseInt o Double.parseDouble• String input = JOptionPane.showInputDialog(“Ingrese su edad”);• If(input != null) edad = Integer.parseInt(input);
Texto: Usando System.in (solo lee bytes) Para leer por caracteres usar InputStreamReader
• InputStreamReader reader = new InputStreamReader(System.in); // no lee por string, solo caracteres
• Para leer por líneas usar BufferedReader texto = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
• Ejemplo• System.out.println(“Ingrese su edad”):• String input = texto.readLine();• Int edad = Interger.parseInt(input);
Salida de datos
Modo texto-más simple:Usando System.out.print (ln)
E/S en java es poderosa, pero no tan simple.Mirar
http://java.sun.com/docs/books/tutorial/essential/io/index.html
Strings Secuencias de caracteres Unicode
String bienvenida = “Hola” Strings no inmutables. Una vez creados no se pueden
modificar. Si se necesitan strings que se pueden modificar usar clase StringBuffer Clase no contiene métodos de set Algunos métodos definidos en String
• charAt, length, substring, equal Para analizar strings se puede usar clase StringTokenizer
String frutas = “uvas, manzanas, peras”StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(frutas, “,”);while (tokenizer.hasMoreElements()){
String fruta = new String(tokenizer.nextToken());}
Clases
ConcretasTodos sus métodos definidosInstanciablesPueden ser superclases
AbstractasAl menos uno de sus métodos no definidosNo instanciablesPueden ser superclasesProporcionan implementación parcial
Interfaces
Como contrato entre clases y ambiente Cuando una clase implementa una interfaz promete que
implementa comportamientos definidos en interfaz Como clases abstractas, pero sólo permiten
declaración de métodos sin su implementación Definen conjunto de métodos que son útiles en varias clases
No instanciables Una clase puede implementar cualquier número de
interfaces Debe implementar todos los métodos de las interfaces
Un dato puede definirse con tipo de interface Interaces de java importantes
Runnable, collection, iterator, Comparable
Diseñando con clases
Uno de los mayores beneficios de OO Reconocer características comunes cuando se
diseña Como se capturan las características comunes
en un diseño?• Se quiere definir/describir (estas características) solo
una vez, sin repetirlas en cada clase• Como se relacionan distintas clases con partes
comunes del diseño ?
Relaciones entre clases
Relación “tiene-un/una”. A esto se denomina Composición Ejemplo: Un auto “tiene-un” motor, 4 ruedas, un
volante, etc La relación en este caso es que un objeto tiene un
componente que es otro objeto Relación “es un/una” En este caso, una clase
define comportamiento general y clases específicas definen comportamiento específico Ejemplo: Persona, estudiante, profesor. Estudiante es
una persona
Herencia Superclases
Cada clase es un tipo especial de su superclase Referencias this (a la de objeto actual) super (referencia a superclase)
Herencia Simple en clases Una clase sólo puede ser derivada de una superclase Una clase A extends B.
• B es superclase de A o A es clase derivada de B
Herencia Múltiple mediante interfaces Interfaces como clases abstractas
• public class abstract A• abstract void metodo();
• Definen métodos cuya implementación es proporcionada por clases que implementan interface
• public interface X { …}• Public interface Y{ … }
Una clase puede implementar múltiples interfaces• class A implements X, Y
Una clase puede derivar de una clase e implementar múltiples interfaces
class A extends B implements X,Y
Overloading y Overriding
Overloading Varios métodos definidos en una clase, todos
con el mismo nombre, pero diferentes argumentos
Overriding Usando herencia
• Clase A superclase• Define método dibujar()
• Clase B subclase• Redefine método dibujar()
Excepciones
Cualquier cosa que no funcione bien que podría resultar en una excepción Exception es una clase con muchas subclases
que permiter capturar diferentes tipos de problemas
Usar try y catch para capturar excepcionestry{ // sentencias de código que pueden arrojar excepciones, ejemplo división por cero
}catch (ArithmeticException e){ // codigo que atiende division por cero}
Throws vs throw
throw :
Un objeto puede detectar una excepción y enviarla como respuesta al mensaje.
throws : public Object clone() throws
CloneNotSupportedException {
• Indica que método puede (es posible) enviar excepcion CloneNotSupported. Debe incluirse la lista de excepciones que método podría enviar.
• Chequeado por compilador
Algunas excepciones java estándar
IllegalArgumentException Valor de parámetro es inapropiado
NullPointerException El valor del parámetro es null, cuando no debería
IndexOutOfBoundsException Arreglo o lista esta fuera de rango
FileNotFoundException No encuentra archivo
InterruptedException Se produce una excepción por interrupción
IOException Excepciones producidas en E/S
Paquetes
Clases de java se pueden agrupar en paquetes. Nombres de paquetes separados por . Como java.io.* // clases de E/S y archivos java.util.* // contenedores, date/time, java.lang.* //clases básicas de java, importadas automáticamente
• Math, Integer, Double, System, Thread, String, etc javax.swing.* // clases soporte gráfico java.net.* // clases soporte comm en red, sockets, URLs
Para garantizar nombres de paquetes únicos Sun recomienda dar nombres en sentido inverso a dominios en urls Los archivos de paquetes creados deben seguir jerarquía de
directorios dados en secuencia dada en nombre paquete cl.udec.inf.sc.pedro : Clases definidas en pedro debe estar en
directorio cl/udec/inf/sc/pedro
Importando paquetes
Para importar paquetes de clases ya definidos usar import Ejemplos
import java.util.* // incluye un conjunto de contenedores definidos en java como ArrayLists, Vectors, HashMaps, Lists, etc
import java.io.* // incluye clases de clases para entrada/salida
import java.lang.* // import no necesario Si nombre de clase en un paquete es igual a otra en otro
paquete y ambos son importados, de debe usar el nombre de paquete con clase. Ejemplo java.util.Date y java.sql.Date
Creando paquetes
Para poner una clase en un paquete se agrega la sentencia de package nombre paquete
package cl.udec.inf.pedro;public class Cuenta{…} Cuando la sentencia package no se agrega la
clase pertenece al paquete por defecto
Implementaciones de Colecciones en Java
ArrayList implementa List (usando arreglos) LinkedList implementa List (usando listas
enlazadas) HashSet implementa Set (usando tablas hash) TreeSet implementa Set (usando árboles) HashMap implementa Map (usando tablas hash) TreeMap implementa Map (usando árboles)
Arrays, ArrayLists, Vectors
Arrays pueden contener datos primitivos u objetos mientras que ArrayLists sólo objetos
Arrays son de tamaño fijo, mientras que ArrayLists crecen dinámicamente ArrayLists en Java 6.0
• Como templates en C++• Tipo de objeto especificado en momento de creación de ArrayList
• ArrayList<String> vec1 = new ArrayList<String>();• ArrayList<String> vec2 = new ArrayList<String>(10);
• Algunos métodos comunes• Add, remove, size, get, contains, indexOf, isEmpty, etc
Ventaja de ArrayList• No se necesita saber tamaño a priori
Desventaja• No se puede ocupar la notación [] para obtener elementos
Vectors Similar a ArrayLists
• Métodos de acceso sincronizados, luego más lento• Se puede usar notación [] directamente, además de una serie de otros métodos
LinkedLists Lento acceso itemes individuales, rápido al agregar
Hebras y Sincronización
Hebra Una secuencia de sentencias de código que
puede estar en ejecución concurrente con otras hebras
Para crear hebras en Java• Crear una clase que implementa la • Clase que implementa interface Runnable
• Class A implements Runnable
• Clase derivada de clase Thread• Class A extends Thread
• Implementar el método run con un loop que hace algo en un periodo de tiempo
• Crear una instancia de clase A• Invocar operación start, la que llama a método run
Creando hebras
/** Opción 1 */import java.lang.*;public class A extends Thread { private: … public A(){…} public void run() { .... } public static void main(String[] args){ A thread1 = new A(); thread1.start(); }}
/** Opción 2 */import java.lang.*;public class B implements Runnable{ private: … public B(){…} public void run() { .... } public static void main(String[] args){ B b = new B(); Thread thread1 = new Thread(b); thread1.start(); }}
Otras operaciones sobre hebras
joinPermite a una hebra esperar por la
terminación de otra sleep
Una hebra puede dormir por un tiempo dado
• Método estático
Manejando hebras en Java 6
Soporte para aplicaciones concurrentesAplicación crea y maneja hebras
• Mediante uso de clase Thread o interface Runnable
Pasar tareas concurrentes a clase Executor
• API para crear y manejar hebras• Proporciona pool de hebras para
aplicaciones de gran escala
Sincronización Sincronización
Keyword synchronized para indicar, bloque o método sincronizado, sólo una hebra puede ejecutarse dentro de bloque o método sincronizado
Paquete java.util.concurrent Operaciones atómicas: (concurrent.atomic)
• Acciones atómicas sobre variables volátiles• Variable volatile utilizada para decir a compilador que variable puede ser
modificada por múltiples hebras y se necesita último valor almacenado Estructuras de datos accesadas atomicamente
• Colas, listas, tablas hash, etc. Locks
• Hasta java 1.4 cada objeto tiene un lock asociado• Desde java 1.5 construcciones de locks para locks, LectoresEscritores y locks
reentrantes Semáforos
• Desde java 1.5• http://java.sun.com/javase/6/docs/api/
Monitores• Usar keyword synchronized para exclusión mutua en métodos• Hasta java 1.4 sólo soportaba una variable de condición por objeto
• wait() y notifyAll() como acciones en variable de condición (En Java, única por objeto)
• Monitor tipo Mesa luego, wait() debe ser encerrado en ciclo while()• Desde java 1.5 clase Condition (son variables de condición)
• await(), signal() y signalAll() son los principales métodos disponibles
Ejemplo Productor-Consumidor con semáforos
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class QueuePC { private int size; private Object[] queue; private int inptr = 0; private int outptr = 0; private int count = 0;
private Semaphore vacios; private Semaphore llenos; private Semaphore mutex;
public QueuePC(Integer size) { this.size = size.intValue(); queue = new Object[size];
vacios = new Semaphore(size, true); llenos = new Semaphore(0, true); mutex = new Semaphore(1, true); }
Productor consumidor Semáforos
public void put(Object value) throws InterruptedException {
vacios.acquireUninterruptibly();// WAIT() mutex.acquireUninterruptibly();
queue[inptr] = value; System.out.println("P : " + count); inptr = (inptr + 1) % size; count++;
mutex.release();// SIGNAL() llenos.release(); }
Productor consumidor Semáforos
public Object get() throws InterruptedException { Object value;
llenos.acquireUninterruptibly(); mutex.acquireUninterruptibly();
value = queue[outptr]; outptr = (outptr + 1) % size; count--; System.out.println("C : " + count);
mutex.release(); vacios.release();
return value; }
Productor consumidor Semáforos
public class Producer extends Thread { private QueuePC buf; private int id; private static int number=0;
public Producer(QueuePC buf, Integer id) { this.buf = buf;
this.id = id.intValue();this.setName(new String(id.toString()));
}
public void run() { for (int i = 1; i <= 50; i++) { try { System.out.println("Produciendo item : " + i); buf.put(new Integer(number++)); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Error al producir : " +
e.getMessage()); } } }}
Productor consumidor Semáforos
public class Consumer extends Thread { private QueuePC buf; private int id;
public Consumer(QueuePC buf, Integer id) { this.buf = buf;
this.id = id.intValue();this.setName(new String(id.toString()));
}
public void run() { for (int i = 1; i <= 50; i++) { try { Object j = buf.get(); System.out.println("\tConsumiendo : " +
j.toString()); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Error al consumir : " +
e.getMessage()); } } }}
Productor consumidor Semáforos
import java.util.*;
/** Clase que define test de prueba para Problema ProductorConsumidor usando semaforos */
public class TestSemPC { public static void main(String[] args){ QueuePC queue = new QueuePC(new Integer(1)); Producer prod1 = new Producer(queue, new Integer(1)); Consumer cons1 = new Consumer(queue, new Integer(1)); Producer prod2 = new Producer(queue, new Integer(2)); Consumer cons2 = new Consumer(queue, new Integer(2)); Producer prod3 = new Producer(queue, new Integer(3)); prod1.start(); prod2.start(); prod3.start(); cons1.start(); cons2.start(); }}