Definition „Programmiersprache Java“

Mit Java programmieren – was man zum Einstieg wissen sollte

| Autor / Redakteur: Christian Rentrop / Stephan Augsten

Java ist DIE Programmiersprache, um plattformunabhängige Anwendungen zu entwickeln.
Java ist DIE Programmiersprache, um plattformunabhängige Anwendungen zu entwickeln. (Bild: JuralMin - Pixabay.com (bearbeitet) / CC0)

Mit der Programmiersprache Java lassen sich plattformunabhängige Anwendungen entwickeln. Nur ein Texteditor, das Java SE Development Kit, kurz JDK, mit Java-Laufzeitumgebung und ein wenig Entwicklungsgeschick werden dafür benötigt.

Unter allen Programmiersprachen zählt Java wohl zu den bekanntesten: Die objektorientierte Programmiersprache ermöglicht es, plattformunabhängige Anwendungen zu entwickeln. Zum Ausführen der Programme wird kein spezielles Betriebssystem sondern nur eine Softwareumgebung benötigt: Die Java-Laufzeitumgebung (Java Runtime Environment, JRE) von Sun Microsystems.

Da die Java-Umgebung auf den meisten Computern vorinstalliert ist oder User sie mit wenigen Klicks kostenlos auf der Java-Website herunterladen können, ist die mögliche Zielgruppe groß. Dementsprechend ist Java als Programmiersprache die erste Wahl für plattformunabhängige Anwendungen.

Java-Anwendungen laufen sowohl unter Windows als auch unter MacOS, den verschiedenen Linux- und Unix-Derivaten und sogar im Webbrowser – und zwar auch auf verschiedenen Prozessor-Unterbauten, egal ob x86, ARM oder PowerPC. Dabei ist Java stark an C++ angelehnt und damit für Entwickler, die sich bereits mit dieser Sprache befasst haben, leicht zu erlernen.

Die virtuelle Maschine macht’s möglich

Realisiert wird die Unabhängigkeit durch die Java Virtual Machine (Java VM), die ein Teil der JRE ist: Diese virtuelle Maschine funktioniert ähnlich wie ein „echtes“ Betriebssystem mit eigenen Bibliotheken und Routinen. Durch die Java-Laufzeitumgebung, die ihrerseits an das jeweilige Host-Betriebssystem angepasst ist, ist sie jedoch immer gleich.

Programmieren mit Java bedeutet daher, auf einer Art „Java-PC“ mit einem „Java-Betriebssystem“ zu entwickeln – völlig egal, ob es sich dabei in Wirklichkeit um einen PC, Mac, Server oder ein Mobilsystem handelt. Der Quellcode – und auch die kompilierte Fassung in Form eines Java-Programms in Byte-Code – ist dabei auf allen Plattformen identisch und wird von der Java-VM auf den jeweiligen Hardware- oder Software-Unterbau, auf dem die Java-Laufzeitumgebung aufsetzt, übertragen.

Will man eine Java-Anwendung erstellen, benötigt man einen Texteditor wie jEdit, Vim oder Notepad++ sowie zum Kompilieren das Java SE Development Kit (JDK). Letzteres beinhaltet auch bereits die Java-Laufzeitumgebung JRE.

Übrigens: Java sollte nicht mit Javascript verwechselt werden, hierbei handelt es sich um eine deutlich abgespeckte Skriptsprache für Websites, die im Browser ausgeführt werden kann. Mit dem „echten“ Java hat sie nur wenig zu tun.

Die Vorteile der Software-Entwicklung mit Java

Als objektorientierte Programmiersprache (OOP) verwendet Java wie C++ in der Programmierung zwei Bestandteile: Einerseits ist da der eigentliche Programmiercode mit den integrierten Funktionen, andererseits die Datenelemente (Objekte).

Durch diese Trennung in Objekte und Objektklassen sowie die eigentlichen Operationen wird die Programmierung deutlich erleichtert: Einmal erstellte Objekte und Klassen lassen sich jederzeit wiederverwenden. Standardmäßig liefert Java in der Virtual Machine eine Reihe typischer Objekte und Klassen, sogenannte Standardobjekte, mit, darunter Bibliotheken für die Grafik- oder Tonausgabe, die von der Laufzeitumgebung an das jeweilige Basissystem durchgereicht werden.

Damit liegt der nächste Vorteil von Java auf der Hand: Die Basis der virtuellen Java-Maschine sorgt dafür, dass einmal erstellter Programmcode in jeder versionsgleichen oder neueren Java-VM läuft. Dadurch müssen Entwickler nur eine Programmversion erstellen, ohne dabei auf das zugrundeliegende Betriebssystem zu achten: Ein einmal erstelltes Java-Programm läuft plattformunabhängig auf jedem System, auf dem die Java-Laufzeitumgebung installiert ist. Und da auch Webbrowser Java verwenden, steht auch dem Einsatz als Webanwendung nichts im Wege.

Die automatische Speicherverwaltung (Garbage Collection) prüft als unabhängiges Programm innerhalb der Java-Laufzeitumgebung regelmäßig, ob belegte Speicherbereiche überhaupt noch benötigt werden und räumt diese gegebenenfalls frei. Der Entwickler muss sich also nicht um die Implementierung entsprechender Routinen kümmern. Womit dann auch gleich ein Nachteil der Java-Programmierung zutage gefördert wird.

Leider gibt es auch Nachteile

Einer der größten Kritikpunkte an Java im Zusammenhang mit dem Garbage Collector ist, dass einerseits die Programmausführung durch ihn verlangsamt werden kann, andererseits der Entwickler keinen Einfluss darauf hat, wann sie ausgeführt wird. Durch die Verwendung des VM-Unterbaus ist die Entwicklung von Echtzeitanwendungen, bei denen es auf besonders präzise zeitliche Ausführung von Befehlen ankommt, nicht geeignet.

Wenn der Garbage Collector einspringt, kann es zu Verzögerungen kommen, die der Entwickler nicht vorhersehen kann. Dadurch ist Java tabu für sicherheitsrelevante Steuerungssoftware, etwa von Industrieanlagen, und auch nicht für andere zeitkritische Anwendungen geeignet.

Das VM-Modell ist, trotz aller Vorteile in Sachen Plattformunabhängigkeit, auch einer der größten Nachteile von Java: Einerseits sorgt es durch den Unterbau für eine gewisse Langsamkeit der Programmausführung. Jeder, der bereits ein Java-Programm verwendet hat, wird bemerkt haben, dass Java-Programme im Vergleich zu nativ in C++ oder anderen Sprachen programmierter Software relativ langsam sind.

Durch das VM-Modell haben Entwickler außerdem keinen direkten Zugriff auf Systemhardware: Sie müssen diese via Runtime Environment ansprechen, die seinerseits zwischen dem Java-Code und dem Rechner vermittelt. Das sorgt einerseits für Verzögerungen und verhindert andererseits, das vom JRE nicht unterstützte Hardwarefunktionen für Java unerreichbar sind. Immerhin generiert das auch gleich einen Vorteil: Stürzt eine Java-App ab, reißt sie normalerweise bestenfalls das Runtime Environment mit, nicht jedoch den ganzen Rechner.

Fazit: Für welche Zwecke ist Java geeignet?

Insgesamt ist Java also eine hervorragende Option zur Programmierung von Anwendungen, die plattformunabhängig sein sollen, ohne dabei zu hardwarenah zu agieren. Im Unternehmensumfeld bedeutet das, dass Java eine hervorragende Möglichkeit bietet, Anwendungen ohne Bindung an ein bestimmtes Betriebssystem zu bauen.

Auf der anderen Hand kann die Java-Suite als zusätzliche Drittanbieter-Software mit großer Verbreitung und hoher Update-Frequenz aber auch ein Sicherheitsrisiko darstellen, deren Einsatz auf sicherheitsrelevanten Rechnern möglicherweise vermieden werden muss.

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