Intro Java

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(); }


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; }


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()); } } }}


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()); } } }}


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(); }}

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