Основные конструкции языков Java и C#

Платформы Java и .NET

На данный момент наиболее активно развиваются две конкурирующие линии технологий создания ПО на основе компонентов — технологии Java и .NET. В этой и следующих лекциях мы рассмотрим несколько элементов этих технологий, являющихся ключевыми в создании широко востребованного в настоящее время и достаточно сложного вида приложений. Это Web-приложения, т.е. распределенное программное обеспечение, использующее базовую инфраструктуру Интернета для связи между различными своими компонентами, а стандартные инструменты для навигации по Web — браузеры — как основу для своего пользовательского интерфейса.

Технологии Java представляют собой набор стандартов, инструментов и библиотек, предназначенных для разработки приложений разных типов и связанных друг с другом использованием языка программирования Java. Торговая марка Java принадлежит компании Sun Microsystems, и эта компания во многом определяет развитие технологий Java, но в нем активно участвуют и другие игроки — IBM, Intel, Oracle, Hewlett-Packard, SAP, Bea и пр.

В этот набор входят следующие основные элементы:

• Платформа Java Platform Standard Edition (J2SE ) [1].

  Предназначена для разработки обычных, в основном, однопользовательских приложений.
• Платформа Java Platform Enterprise Edition (J2EE ) [2].

  Предназначена для разработки распределенных Web-приложений уровня предприятия.
• Платформа Java Platform Micro Edition (J2ME) [3].

  Предназначена для разработки встроенных приложений, работающих на ограниченных ресурсах, в основном, в мобильных телефонах и компьютеризированных бытовых устройствах.
• Платформа Java Card [4].

  Предназначена для разработки ПО, управляющего функционированием цифровых карт. Ресурсы, имеющиеся в распоряжении такого ПО, ограничены в наибольшей степени.

C некоторыми оговорками можно считать, что J2ME является подмножеством J2SE, а та, в свою очередь, подмножеством J2EE. Java Card представляет собой, по существу, особый набор средств разработки, связанный с остальными платформами только поддержкой (в сильно урезанном виде) языка Java.

Язык Java — это объектно-ориентированный язык программирования, который транслируется не непосредственно в машинно-зависимый код, а в так называемый байт-код, исполняемый специальным интерпретатором, виртуальной Java - машиной ( Java Virtual Machine, JVM). Такая организация работы Java -программ позволяет им быть переносимыми без изменений и одинаково работать на разных платформах, если на этих платформах есть реализация JVM, соответствующая опубликованным спецификациям виртуальной машины.

Кроме того, интерпретация кода позволяет реализовывать различные политики безопасности для одних и тех же приложений, выполняемых в разных средах, — к каким ресурсам (файлам, устройствам и пр.) приложение может иметь доступ, а к каким нет, можно определять при запуске виртуальной машины. Таким способом можно обеспечить запускаемое пользователем вручную приложение (за вред, причиненный которым, будет отвечать этот пользователь) большими правами, чем аплет, загруженный автоматически с какого-то сайта в Интернете.

Режим интерпретации приводит обычно к более низкой производительности программ по сравнению с программами, оттранслированными в машинно-специфический код. Для преодоления этой проблемы JVM может работать в режиме динамической компиляции (just-in-time-compilation, JIT), в котором байт-код на лету компилируется в машинно-зависимый, а часто исполняемые участки кода подвергаются дополнительной оптимизации.

В настоящем курсе мы рассмотрим ряд элементов платформ J2EE и J2SE, имеющих большое значение для разработки Web-приложений. Читателей, интересующихся деталями устройства и использования J2ME и Java Card, мы отсылаем к документации по этим платформам ([3] и [4]).

.NET [5] представляет собой похожий набор стандартов, инструментов и библиотек, но разработка приложений в рамках .NET возможна с использованием различных языков программирования. Основой .NET являются виртуальная машина для промежуточного языка ( Intermediate Language, IL, иногда встречается сокращение MSIL, Microsoft IL), в который транслируются все .NET программы, также называемая общей средой выполнения (Common Language Runtime, CLR), и общая библиотека классов ( .NET Framework class library), доступная из всех .NET приложений.

Промежуточный язык является полноценным языком программирования, но он не предназначен для использования людьми. Разработка в рамках .NET ведется на одном из языков, для которых имеется транслятор в промежуточный язык —Visual Basic.NET, С++, C#, Java (транслятор Java в .NET называется J#, и он не обеспечивает одинаковой работы программ на Java, оттранслированных в .NET и выполняемых на JVM) и пр. Однако разные языки достаточно сильно отличаются друг от друга, и чтобы гарантировать возможность из одного языка работать с компонентами, написанными на другом языке, необходимо при разработке этих компонентов придерживаться общих правил (Common Language Specifications, CLS), определяющих, какими конструкциями можно пользоваться во всех .NET языках без потери возможности взаимодействия между результатами. Наиболее близок к промежуточному языку C# — этот язык был специально разработан вместе с платформой .NET.

Некоторым отличием от Java является то, что код на промежуточном языке в .NET не интерпретируется, а всегда выполняется в режиме динамической компиляции (JIT).

Компания Microsoft инициировала разработку платформы .NET и принятие стандартов, описывающих ее отдельные элементы (к сожалению, пока не все), и она же является основным поставщиком реализаций этой платформы и инструментов разработки. Благодаря наличию стандартов возможна независимая реализация .NET (например, такая реализация разработана в рамках проекта Mono [6]), но, в силу молодости платформы и опасений по поводу монопольного влияния Microsoft на ее дальнейшее развитие, реализации .NET не от Microsoft используются достаточно редко.

Прежде чем перейти к более детальному рассмотрению компонентных технологий Java и .NET, ознакомимся с языками, на которых создаются компоненты в их рамках.

Для Java -технологий базовым языком является Java, а при изучении правил построения компонентов для .NET мы будем использовать язык C#. Он наиболее удобен при работе в этой среде и наиболее похож на Java.

Оба этих языка сейчас активно развиваются — в сентябре 2004 года вышла версия 1.5, она же была объявлена версией 5 платформы J2SE и языка Java. При переходе между версиями 1.4 и 1.5 Java претерпела наиболее серьезные изменения за всю свою историю (достаточно полное описание этих изменений стало доступно только в середине 2005 года). Во время написания данной лекции готовится выход J2EE 1.5, пока доступной только в виде предварительных спецификаций.

Существенное обновление C# также должно произойти в версии 2.0, выходящей в ноябре 2005 года. Поэтому мы сопоставляем характеристики уже имеющейся на момент написания версии Java 5 с готовящейся к выходу версией C# 2.0. Это представляется обоснованным еще и потому, что эти версии двух языков достаточно близки по набору поддерживаемых ими конструкций.

Данная лекция дает лишь базовую информацию о языках Java и C#, которая достаточна для понимания приводимого далее кода компонентов и общих правил, регламентирующих их разработку, и может служить основой для дальнейшего их изучения. Оба языка достаточно сложны, и всем их деталям просто невозможно уделить внимание в рамках двух лекций. Для более глубокого изучения этих языков (особенно необходимого при разработке инструментов для работы с ними) рекомендуется обратиться к соответствующим стандартам [7] и [8] (ссылки приведены на последние версии стандартов на момент написания этой лекции, кроме того, некоторые элементы C# 2.0 не вошли в [8], они описываются согласно [9]).

Оба языка имеют мощные выразительные возможности объектно-ориентированных языков последнего поколения, поддерживающих автоматическое управление памятью и работу в многопоточном режиме. Они весьма похожи, но имеют большое число мелких отличий в деталях. Наиболее существенны для построения программ различия, касающиеся наличия в C# невиртуальных методов, возможности объявления и использования пользовательских типов значений и делегатных типов в C# и возможности передачи значений параметров в C# по ссылке. Обсуждение и одновременно сравнение характеристик языков мы будем проводить по следующему плану:

1. Лексика.
2. Общая структура программ.
3. Базовые типы и операции над ними.
4. Инструкции и выражения.
5. Пользовательские типы.
6. Средства создания многопоточных программ.

Общие черты Java и C# описываются далее обычным текстом, а особенности — в колонках.

В левой колонке будут описываться особенности Java. В правой колонке будут описываться особенности C#.