Với khả năng xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ, Java đã và đang trở thành ngôn ngữ thống trị trong giới “lập trình”. Tuy nhiên, thuật toán của Java khá khó hiểu và đòi hỏi nhiều kĩ năng từ người dùng. Đây cũng là lý do tại sao người lập trình phải tìm hiểu về Java một cách kỹ lưỡng để tối ưu hiệu suất. Không chỉ giới thiệu Java là gì, thông tin dưới đây sẽ giúp người đọc nắm được toàn bộ kiến thức cơ sở về Java.

Java là gì?

Java là một trong những ngôn ngữ lập trình đa nền tảng, hướng đối tượng và được tạo ra với tiêu chí “viết một lần, thực thi khắp nơi” (Write Once, Run Anywhere). Điều này có nghĩa là chương trình được viết bằng Java có thể chạy ở bất kỳ nền tảng nào, chỉ cần môi trường thực thi tương thích với nền tảng. 

Ngôn ngữ Java nổi tiếng về khả năng bảo mật, thời gian xử lý nhanh và là công cụ đáng tin cậy để phát triển ứng dụng di động cũng như các phần mềm doanh nghiệp khác. Thế nên, ứng dụng của Java vô cùng đa dạng, và là sự lựa chọn hàng đầu của các lập trình viên hơn hai thập niên. 

Máy ảo Java (Java Virtual Machine - JVM) là gì?

Máy ảo Java được xem là một lớp trừu tượng, đóng vai trò bổ sung cho nền tảng Java và các phần cứng khác thuộc máy cơ sở. Chính xác hơn, máy ảo là một chương trình thông dịch và sử dụng ByteCode là ngôn ngữ chính để thực hiện. Chỉ khi dữ liệu đầu vào được chuyển đổi từ ByteCode thành chỉ thị nhị phân của máy thì đoạn chương trình mới có thể được thực hiện.

Người dùng nên nhớ rằng, mỗi hệ điều hành sẽ tương ứng với một loại máy ảo khác nhau. Vì vậy, hãy tìm hiểu rõ xem máy tính thuộc hệ điều hành Windows, Mac hay Linux để cài đặt JVM cho phù hợp. 

3 Phiên bản phổ biến của Java

Người học sẽ có cơ hội làm quen và tiếp cận với nhiều phiên bản Java khác nhau. Thế nhưng, 3 phiên bản sau đây thường được sử dụng phổ biến nhất. 

Java SE (Java Standard Edition)

Java SE là nền tảng cơ sở, cho phép người dùng phát triển các điều khiển ứng dụng dạng Winform, hoặc ứng dụng mạng. Phiên bản này cũng chứa đầy đủ API và thư viện cần thiết để thực hiện toàn bộ các thao tác với Java. 

Java EE (Java Enterprise Edition)

Java EE là phiên bản Java dành riêng cho doanh nghiệp, phục vụ tối đa cho quá trình xây dựng các phần mềm hay ứng dụng liên quan đến vận hành tổ chức. Cấu trúc của Java EE được dựa trên ứng dụng phân tần Jee, gồm: máy chủ Jee, máy khách hàng và database. Điều này sẽ đảm bảo dẫn truyền và lưu trữ luồng dữ liệu một cách bảo mật giữa các bên.

Java ME (Java Mobile Edition)

Java ME là phiên bản dành riêng để chạy trên các nền tảng nhúng như thiết bị nhỏ hoặc thiết bị di động. Java ME bị hạn chế về nguồn điện, khả năng xử lý nhưng có thể hỗ trợ linh hoạt trong nén web hay cải thiện khả năng truy cập Internet giá rẻ. 

6 Đặc điểm của ngôn ngữ Java

Được phát hành vào năm 1994, với mục đích ban đầu là hỗ trợ xây dựng phần mềm cho một loại sản phẩm gia dụng có tên là Oak. Thế nhưng, 6 đặc điểm sau đây đã biến Java trở thành công cụ hữu ích ở đa lĩnh vực. 

Độc lập hệ điều hành và phần cứng

Java được biết đến với khả năng “cross-platform”, có nghĩa là thực thi đa nền tảng. Người dùng có thể sử dụng đoạn code từ ngôn ngữ Java để chạy trên nhiều môi trường mà không ghi nhận bất kỳ lỗi và sự cố nào. Điều này là bởi vì Java phân tách độc lập giữa phần cứng và hệ điều hành, thể hiện rõ ở hai cấp là cấp nhị phân và cấp mã nguồn. 

• Cấp độ nhị phân:  Mã biên dịch được dùng ở đa nền tảng mà không cần dịch lại mã nguồn nhờ vào sự hỗ trợ của Java Virtual Machine. 
• Cấp độ mã nguồn: Dữ liệu được viết bằng Java có tính nhất quán giữa các phần cứng và hệ điều hành khác nhau. Quá trình biên dịch này được thực hiện nhờ vào bộ thư viện chuyên biệt của Java. 

Ngôn ngữ lập trình thông dịch

Java được phân loại là ngôn ngữ thông dịch chuyên biệt trong lập trình. Trên thực tế, Java hoàn toàn có thể đảm nhận cả hai chức năng là “phiên dịch” và “thông dịch”. Người dùng có thể nhận ra điều này khi thực hiện đoạn code bất kỳ bằng Java. 

Khi viết code, phần mềm tạo ra một tệp có định dạng là .java. Quá trình biên dịch sẽ chuyển đổi mã nguồn của chương trình thành dạng mã byte code. Máy ảo Java sau đó sẽ thông dịch đoạn code này thành native code (machine code) và phát lệnh chạy đoạn chương trình. 

Hướng đối tượng hoàn toàn

Tương tự C++, Java cũng sử dụng cú pháp hướng đến đối tượng hoàn toàn. Điều này có thể mang đến một môi trường lập trình quen thuộc đối với người dùng đã sử dụng thành thạo C++. Tuy nhiên, Java lại loại bỏ hoàn toàn các thao tác với con trỏ, thao tác goto, overload và thậm chí là cấu trúc struct hay union để tiếp cận người dùng dễ dàng hơn.  

Thu hồi vùng nhớ tự động

Khi tạo đối tượng trên phần mềm Java, JRE sẽ cấp bộ nhớ tự động và lưu trữ chúng ở trên Heap. Trong trường hợp đối tượng đã không được sử dụng, hoặc không được tham chiếu, bộ dọn rác của Java sẽ tự động thu hồi theo dấu vết của tài nguyên đã được cấp phát. Điều này hoàn toàn không xảy ra trên C++ hoặc một số ngôn ngữ lập trình cổ điển khác. 

Đa luồng

Người dùng có thể thao tác nhiều công việc cùng một lúc khi sử dụng Java. Đó là nhờ vào sự hỗ trợ của lập trình đa tiến trình (Multithread) và các giải pháp đồng bộ được cấp bởi Priority. Điều này cho phép Java xử lý một lượng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn.  

An toàn và bảo mật cao

Nhiều lập trình viên yêu thích Java bởi tính an toàn và bảo mật của phần mềm trong quá trình sử dụng. Cụ thể là:

Tính an toàn:

Java đòi hỏi kiểu dữ liệu chặt chẽ, phải khai báo một cách tường minh và hoàn toàn không sử dụng để phép toán với con trỏ. Ngoài ra, ngôn ngữ Java vô cùng chú ý đến kích thước của mảng hay chuỗi ký tự, loại bỏ triệt để các kỹ thuật tràn trong viết code. 

Tính bảo mật:

Java thiết lập 4 mức quản lý cho một chương trình, có khả năng kiểm soát từ thấp đến cao. Quá trình này nhằm đảm bảo tối đa tính bảo mật cho đoạn code và phần mềm. Bao gồm:

• Mức 1: Cho phép truy xuất phương thức và dữ liệu qua giao diện đã được thiết lập từ trước. 
• Mức 2: Trình biên dịch kiểm tra đoạn mã dựa trên những quy tắc của ngôn ngữ Java.
• Mức 3: Trình thông dịch kiểm tra mã bytecode có vi phạm các thuật toán đã thiết lập hay không. 
• Mức 4: Java kiểm soát toàn bộ dữ liệu bộ nhớ và giám sát quá trình truy xuất thông tin đầu vào của hệ thống.  

4 Tính chất của Java

Lập trình hướng đối tượng được vận hành dựa trên 4 tính chất là tính đa hình, tính trừu tượng, tính đóng gói và tính kế thừa. Thế nên, 4 tính chất của Java cũng tương tự như vậy.

Tính đa hình (Polymorphism)

Tính đa hình hay còn gọi là đa hình thái, có nghĩa là cùng một phương thức nhưng có thể thực hiện nhiều phép toán, dựa trên sự khác biệt của tham số truyền vào hoặc các lớp con của đoạn mã. Người dùng cần quan tâm đến hai định nghĩa quan trọng của đa hình là Overriding (ghi đè) và Overloading (ghi chồng). 

• Overring: là định nghĩa lại hoặc mã hóa lại code mà được kế thừa từ lớp cha. 
• Overloading: là dùng các method có tên giống nhau nhưng có sự biến đổi ở tham số đầu vào.

Tính trừu tượng (Abstract)

Tính trừu tượng là dựa trên những mô tả, bối cảnh (scenario) của chương trình để tìm ra hành động và đặc trưng để trừu tượng hóa thành đối tượng hoặc lớp (class) khác nhau. 

Chẳng hạn cần viết code nhập thông tin người khảo sát gồm tên, tuổi, năm sinh và nghề nghiệp. Người dùng sẽ kết luận được rằng “tên”, “tuổi”, “năm sinh” và “nghề nghiệp” sẽ là các thuộc tính hướng đến đối tượng là “sinh viên”. Nhờ vậy, người viết hoàn toàn có thể trừu tượng hóa thành class: NguoiKhaoSat.  

Tính đóng gói (Encapsulation) 

Đóng gói được hiểu là đóng gói các method, các biến thành class; đóng gói các class thành package,... Vậy tính đóng gói của Java để làm gì? Điều này giúp che giấu dữ liệu và duy trì tính bảo mật thông tin ở trạng thái tốt nhất. Lập trình viên có thể sử dụng nhiều loại đóng gói khác nhau như là class immutable, access modifier, các thư viện, các package,... 

Tính kế thừa (inheritance)

Tính kế thừa là khả năng sử dụng lại các method hoặc thuộc tính có sẵn từ các class khác mà không cần xây dựng từ đầu. Nhờ vậy, người dùng có thể tiết kiệm thời gian hiệu quả trong trường hợp cần viết các đoạn chương trình có tính tương đồng cao. 

Ứng dụng quan trọng của Java

Là một ngôn ngữ lập trình linh hoạt và miễn phí, Java được ưu tiên để phát triển các ứng dụng, phần mềm cục bộ và có mức độ phân tán cao. Cùng đánh giá 5 ứng dụng quan trọng nhất của Java, gồm:

Điện toán đám mây

Java là ngôn ngữ lý tưởng đến phát hành các ứng dụng phi tập trung dựa vào nền tảng đám mây. Điều này là nhờ vào khả năng chạy đa nền tảng của một đoạn chương trình bất kỳ khi được viết code bằng Java. Nhiều nhà cung cấp đám mây đã tận dụng Java để xây dựng vô số chương trình, mang đến nguồn tài nguyên quý giá và giá trị lợi nhuận khổng lồ. 

Thiết kế trò chơi

Cùng với C++ hay Python, Java được ưa chuộng trong ngành công nghiệp game. Các lập trình viên hoàn toàn có thể sử dụng nó để viết trò chơi điện tử trên cả điện thoại di động và máy tính. Một số trò chơi hiện đại, có tích hợp thực tế ảo hay Machine Learning cũng được dễ dàng thực hiện bằng ngôn ngữ Java.  

Dữ liệu xử lý lớn

Java nổi tiếng về khả năng xử lý nguồn tài nguyên và dữ liệu siêu khổng lồ. Đối với tập thông tin có cấu trúc phức tạp, người dùng nên bắt đầu định hướng đúng thuộc tính của đối tượng, sau đó sử dụng phương thức mã hóa phù hợp là đã có thể kết thúc quá trình xử lý dễ dàng. 

Trí tuệ nhân tạo

Sở hữu thư viện Machine Learning đồ sộ, sự ổn định và tốc độ phân tích của Java là khá lý tưởng. Nhiều công ty khai thác tài nguyên này từ Java để phát hành nhiều ứng dụng trí tuệ nhân tạo hàng đầu như học sâu hay trình xử lý ngôn ngữ tự nhiên. 

IoT (Internet vạn vật) 

Java là công cụ kết nối Internet với các phần cứng trong thiết bị hoặc các cảm biến tương thích. Điều này giúp tiết kiệm tối đa thời gian và tận dụng nguồn dữ liệu lớn từ Internet để phát triển sản phẩm. 

Bài viết trên đây đã cung cấp một số kiến thức quan trọng về Java là gì, cũng như 4 tính chất cốt lõi của ngôn ngữ này. Lập trình viên dựa vào nhu cầu thực tế để sử dụng Java SE, Java EE hay Java ME để tối ưu hiệu suất làm việc. Hãy tận dụng Java để phát triển những phần mềm, ứng dụng tuyệt vời nhé. Đừng quên theo dõi LPtech để biết thêm nhiều kiến thức mới về thiết kế website và seo.