Java là gì? Định nghĩa, ưu và nhược điểm của ngôn ngữ lập trình Java

Trong thế giới công nghệ đang không ngừng phát triển, Java đã nổi lên như một ngôn ngữ lập trình hàng đầu, thu hút sự quan tâm lớn. Đây không chỉ là một ngôn ngữ lập trình bậc cao, mà còn là lựa chọn ưu tiên của nhiều lập trình viên, bất chấp sự xuất hiện của hàng loạt các ngôn ngữ mới. Để hiểu sâu hơn về đặc điểm và sức hấp dẫn của Java, hãy cùng Vietnix khám phá chi tiết hơn qua bài viết sau.

Java là gì?

Java được biết đến là ngôn ngữ lập trình bậc cao, hướng đối tượng và giúp bảo mật mạnh mẽ, và còn được định nghĩa là một Platform. Java được phát triển bởi Sun Microsystems, do James Gosling khởi xướng và ra mắt năm 1995. Java hoạt động trên rất nhiều nền tảng như Windows, Mac và các phiên bản khác nhau của UNIX.

Hiểu rõ hơn, Java là gì? Chính là ngôn ngữ lập trình có mục đích, hướng đối tượng được phát triển cho môi trường phân tán và phát triển phần mềm. Ngôn ngữ này độc lập với nền tảng, không có giới hạn đối với bất kỳ phần cứng hay hệ điều hành cụ thể nào. Java cung cấp cho người dùng cơ sở để có thể “viết một lần, chạy ở mọi nơi”.

Các tính năng nổi bật của Java

Không chỉ biết về khái niệm Java là gì? Tính năng của lập trình cũng cần được nắm rõ.

Hướng đối tượng

Trong Java, tất cả đều là một Object. Java có thể mở rộng và bảo trì dễ dàng bởi nó được xây dựng dựa trên mô hình Object.

Trong Java, việc sử dụng con trỏ đã được loại bỏ để tăng cường an toàn và thuận tiện hơn trong sử dụng. Thêm vào đó, các tính năng như overload, goto, cũng như các cấu trúc dữ liệu như struct và union, không được hỗ trợ trong ngôn ngữ này. 

Nền tảng độc lập

Một ứng dụng được phát triển bằng Java có khả năng hoạt động hiệu quả trên nhiều hệ thống khác biệt, điều này được biết đến là tính năng “đa nền tảng“. Java đảm bảo tính độc lập với cả phần cứng và hệ điều hành ở hai mức: mã nguồn và mã máy.

Về phía mã nguồn: Java duy trì sự nhất quán về kiểu dữ liệu qua các hệ điều hành và phần cứng, nhờ có một bộ thư viện đặc biệt. Do đó, một ứng dụng Java có thể được biên dịch trên nhiều hệ thống mà không phát sinh lỗi.

Đối với mã máy: Mã đã được biên dịch sẵn có thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau mà không cần phải biên dịch lại. Tuy nhiên, việc này yêu cầu sự hỗ trợ của Java Virtual Machine để giải thích và thực thi mã.

Đơn giản

Java được biết đến với sự đơn giản trong thiết kế ngôn ngữ lập trình, khiến Java trở thành lựa chọn phổ biến đối với cả người mới học lập trình và những người phát triển phần mềm chuyên nghiệp. Sự đơn giản này được thể hiện qua việc loại bỏ các tính năng phức tạp và ít sử dụng như con trỏ, nhấn mạnh vào khái niệm OOP (Object-Oriented Programming) để dễ dàng quản lý và mô-đun hóa code. Java cũng cung cấp một bộ thư viện phong phú, giúp giảm thiểu công sức cần thiết để xử lý các tác vụ phổ biến. Điều này, kết hợp với môi trường phát triển mạnh mẽ và cộng đồng hỗ trợ rộng lớn, làm cho Java trở thành một ngôn ngữ lập trình hấp dẫn và dễ tiếp cận.

Bảo mật và an toàn

Tính năng bảo mật và an toàn của Java cho phép phát triển các hệ thống không virus, không giả mạo, việc xác thực dựa trên mã hoá khóa công khai.

Java tạo ra một hệ thống quản lý ứng dụng đa tầng.

• Tầng 1: Cho phép truy cập dữ liệu và chức năng chỉ thông qua giao diện được cung cấp bởi lớp.
• Tầng 2: Trình biên dịch giám sát mã nguồn để đảm bảo nó tuân theo nguyên tắc ngôn ngữ lập trình Java trước khi chuyển đổi.
• Tầng 3: Trình thông dịch kiểm tra byte code để xác nhận tính phù hợp của mã với quy chuẩn và quy tắc trước khi thực thi.
• Tầng 4: Java quản lý việc tải lớp vào bộ nhớ, kiểm tra việc vi phạm giới hạn truy cập trước khi chúng được tải vào hệ thống.

Đa luồng

Java giúp tạo ra các chương trình thực hiện cùng lúc nhiều tác vụ, cho phép các nhà phát triển xây dựng ứng dụng tương tác chạy trơn tru hơn.

Thông dịch

Các ngôn ngữ lập trình thường được phân thành hai loại dựa trên cách chúng xử lý mã: ngôn ngữ thông dịch và ngôn ngữ biên dịch.

• Ngôn ngữ thông dịch: Loại ngôn ngữ này thực thi mã lệnh theo từng dòng, mỗi khi chạy chương trình, nó lại dịch các lệnh này.
• Ngôn ngữ biên dịch: Trong trường hợp này, mã nguồn được biên dịch thành một file thực thi (thường là .exe), có thể chạy lại mà không cần biên dịch lại. Java là một ví dụ của ngôn ngữ lập trình vừa dùng biên dịch vừa dùng thông dịch. Trong quá trình này:

Code được viết ra file .java. Khi biên dịch, mã nguồn chuyển thành mã byte code. Sau đó, máy ảo Java (Java Virtual Machine) sẽ chuyển đổi mã byte code thành machine code (hay native code) khi chương trình được yêu cầu chạy.

Hiệu năng cao

Nhờ vào việc sử dụng máy ảo Java (JVM) và các cải tiến liên tục trong JIT (Just-In-Time) compiler. JVM cho phép Java chạy các chương trình nhanh chóng và hiệu quả trên nhiều nền tảng khác nhau mà không cần chỉnh sửa mã. JIT compiler tăng cường hiệu năng bằng cách biên dịch byte code thành native code tại thời điểm chạy, giúp tối ưu hóa hiệu suất cho các phần cụ thể của ứng dụng.

Phân tán

Trong Java cho phép xây dựng các ứng dụng và dịch vụ có khả năng chạy trên nhiều máy tính trong một mạng lưới, phân tán và xử lý dữ liệu một cách hiệu quả. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc phát triển các hệ thống lớn, nơi cần đảm bảo khả năng mở rộng và sự linh hoạt trong quản lý tài nguyên.

Năng động

Java năng động hơn C hoặc C++  do được thiết kế với mục đích thích ứng môi trường đang phát triển. Các chương trình Java sở hữu lượng lớn thông tin tại runtime có thể được sử dụng để xác minh hay giải quyết các truy cập vào các đối tượng tại runtime.

Kiến trúc và trung lập

Trình biên dịch của Java tạo ra các định dạng tệp đối tượng kiến trúc trung lập, khiến mã biên dịch được thực thi trên nhiều bộ vi xử thông qua hệ điều hành Java.

Portable

Một loại kiến trúc trung lập, phụ thuộc vào việc thực hiện, là những đặc điểm chính khi nói về Portable của Java. Các trình biên dịch tại Java được viết bằng ANSI C với ranh giới Portable gọn gàng, gọi là Subset POSIX, bạn có thể mang Byte Code của Java lên bất cứ một nền tảng nào.

Java được sử dụng để làm gì?

Được biết Java rất phổ biến và đã thống trị lĩnh vực này từ đầu những năm 2000, đến nay Java đã được sử dụng trong đa dạng các lĩnh vực khác nhau.

Phát triển ứng dụng cho thiết bị di động

Java được biết đến rộng rãi như một ngôn ngữ lập trình hàng đầu trong việc tạo ra các ứng dụng dành cho thiết bị di động chạy hệ điều hành Android. Ngôn ngữ này thường được chọn để xây dựng các ứng dụng cho cả điện thoại và máy tính bảng. Với việc cung cấp các công cụ như bộ SDK của Android, Java hỗ trợ đắc lực trong quá trình phát triển ứng dụng di động.

Phát triển ứng dụng cho máy tính

Java, một ngôn ngữ lập trình được ưa chuộng, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra ứng dụng đa nền tảng cho máy tính. Cho phép người dùng tạo ứng dụng cho cả máy tính cá nhân, máy chủ và môi trường web. Java đặc biệt mạnh mẽ nhờ vào bộ thư viện toàn diện của mình, hỗ trợ xử lý dữ liệu, đồ họa, cũng như các chức năng nhập và xuất dữ liệu.

Phát triển game

Java là một ngôn ngữ lập trình linh hoạt được áp dụng rộng rãi trong việc tạo ra các trò chơi điện tử cho nhiều hệ thống khác nhau, từ máy tính cá nhân đến điện thoại di động và máy tính bảng. Nhờ vào các đặc điểm như khả năng đa luồng và hỗ trợ xử lý đồ họa cùng âm thanh, Java đã trở thành công cụ lựa chọn để xây dựng nhiều trò chơi điện tử đa dạng và phức tạp.

Phát triển các ứng dụng sử dụng công nghệ blockchain

Java là một ngôn ngữ lập trình linh hoạt có thể dùng để xây dựng ứng dụng blockchain. Nhờ vào các đặc điểm nổi bật như an toàn bảo mật, độ ổn định và khả năng quản lý giao dịch mạng một cách hiệu quả, Java đã trở thành lựa chọn ưu tiên cho việc tạo ra các ứng dụng blockchain đa năng và phức tạp.

Phát triển các ứng dụng dựa trên trí thông minh nhân tạo

Java là một ngôn ngữ lập trình phổ biến, thường được dùng để xây dựng các ứng dụng trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo. Nhờ vào khả năng xử lý nhiều luồng cùng lúc và cung cấp các cấu trúc hướng đối tượng, Java giúp lập trình viên có thể thiết kế và phát triển những ứng dụng AI đa năng và phức tạp.

Phát triển công nghệ Internet vạn vật (IoT)

Java hỗ trợ tạo ra các ứng dụng cho Internet vạn vật (IoT). Khả năng tương thích trên nhiều nền tảng của Java giúp các ứng dụng có thể được tạo ra trên thiết bị di động và hoạt động trên nhiều loại thiết bị IoT. Ngôn ngữ lập trình này cung cấp nhiều công cụ và thư viện hữu ích cho việc phát triển ứng dụng IoT, từ việc kết nối thiết bị đến xử lý dữ liệu.

Phát triển cơ sở dữ liệu

Java được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các hệ thống quản lý dữ liệu, bao gồm cả các hệ thống như Oracle và MySQL. Ngoài ra, Java cũng cung cấp một loạt API hỗ trợ kết nối và tương tác với cơ sở dữ liệu, giúp các nhà phát triển có khả năng tạo ra những ứng dụng quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả, đa dạng và linh động.

Các phiên bản của ngôn ngữ lập trình Java

• Java Standard Edition (Java SE) cung cấp một nền tảng cơ bản giúp làm việc chủ yếu cho việc tạo ra giao diện điều khiển, ứng dụng mạng và ứng dụng dạng Win Form.
• Java Enterprise Edition (Java EE) là phiên bản nâng cao của Java SE, hỗ trợ việc xây dựng ứng dụng web và ứng dụng cấp doanh nghiệp.
• Java Mobile Edition (Java ME) cung cấp các công cụ cần thiết để phát triển ứng dụng cho thiết bị di động và các thiết bị điện tử khác.

Cách thức hoạt động của ngôn ngữ lập trình Java

Tất cả các ngôn ngữ lập trình đều hỗ trợ việc tương tác với máy tính. Máy tính chỉ nhận và phản ứng với các tín hiệu điện tử. Ngôn ngữ lập trình cấp cao như Java hoạt động như một kênh liên kết giữa ngôn ngữ tự nhiên của con người và ngôn ngữ kỹ thuật của phần cứng. Để làm việc với Java, lập trình viên cần phải nắm vững hai khía cạnh chính:

1. Ngôn ngữ và API Java

Đây là phần tương tác giao diện người dùng (front-end) giữa lập trình viên và hệ thống Java.

2. Máy ảo Java (JVM)

Máy ảo Java (JVM) hoạt động như một tầng trung gian giữa hệ thống Java và phần cứng của máy tính. Để thực thi mã Java, máy tính phải được cài đặt JVM. Lý do sự tồn tại của JVM quan trọng có thể được tìm hiểu qua lịch sử phát triển ngôn ngữ lập trình.

Kiến trúc và môi trường của Java là gì?

Nhắc đến kiến trúc và môi trường của Java, chúng ta sẽ nói đến 3 thành phần chính bao gồm: Máy ảo Java (JVM), môi trường thời gian chạy Java (JRE) và bộ phát triển Java (JDK).

Máy ảo Java (JVM)

JVM cung cấp môi trường thời gian chạy trong đó bytecode thực thi. Máy ảo Java JVM thực hiện các nhiệm vụ sau:

• Tải mã.
• Xác minh mã.
• Thực thi mã.
• Tạo môi trường thời gian chạy.

Môi trường thời gian chạy Java – JRE

JRE là tập hợp công cụ cho phép phát triển các ứng dụng và cung cấp môi trường thời gian chạy nhằm chạy các chương trình Java. JVM là một phần của JRE và chính JRE cũng phụ thuộc vào nền tảng. Đồng thời JRE còn hỗ trợ thực thi những chương trình Java, bao gồm JVM, bộ công cụ giao diện người dùng, Công nghệ triển khai hay plugin Java, v.v.

Bộ phát triển Java (JDK)

JDK là viết tắt của Java Development Kit, một bộ cung cấp môi trường để phát triển và thực thi các chương trình Java. JDK cũng chứa JRE chạy mã Java và chứa các tài nguyên khác như trình thông dịch/ trình tải, trình biên dịch, trình lưu trữ và trình tạo tài liệu.

Tất cả các thành phần này hợp lại giúp xây dựng các chương trình Java. Bộ phát triển Java bao gồm: Appletviewer (để xem các applet Java), Javac (trình biên dịch Java), Java (trình thông dịch Java), Javap (trình tháo gỡ Java), Javah (dành cho tệp tiêu đề C), Javadoc (để tạo tệp HTML) và Jdb (trình gỡ lỗi Java).

Ưu, nhược điểm của Java

Trước những lợi ích mà Java mang lại chúng ta không thể phủ nhận, tuy nhiên, lập trình nào cũng sẽ có ưu điểm và nhược điểm nhất định. Vậy ưu, nhược điểm của Java là gì?

Ưu điểm của Java là gì?

Để có thể được nhiều người đón nhận sử dụng và đánh giá tích cực, chắc chắn Java đã có những ưu điểm nhất định. Cụ thể:

• Java là ngôn ngữ độc lập với nền tảng vì chúng ta có thể chạy mã Java ở bất kỳ máy nào mà không cần phần mềm đặc biệt.
• Là ngôn ngữ lập trình cấp cao dễ học và dễ hiểu.
• Là ngôn ngữ hướng đối tượng làm tăng khả năng phát triển mã dễ dàng và tăng hiệu quả.
• Là ngôn ngữ an toàn vì Java không sử dụng con trỏ.
• Quản lý bộ nhớ hiệu quả.
• Hỗ trợ đa luồng, người dùng có thể thực hiện cùng lúc nhiều chương trình.
• Có nhiều tính năng: tự động thu gom rác, không sử dụng con trỏ, xử lý ngoại lệ…

Nhược điểm của Java là gì?

Bên cạnh những ưu điểm thì Java cũng tồn tại một vài nhược điểm. Vậy những nhược điểm của Java là gì?

• Là ngôn ngữ cấp cao nên phải xử lý các mức biên dịch và trừu tượng của một máy ảo.
• Hiệu suất kém.
• Có ít trình xây dựng GUI (Giao diện người dùng đồ họa) như Swing, SWT, JSF và JavaFX.
• Nếu viết những đoạn mã dài phức tạp dễ ảnh hưởng đến khả năng đọc của mã.

Sự khác biệt giữa C++ và Java là gì?

Java là ngôn ngữ lập trình hướng tới đối tượng dựa trên ngôn ngữ C/ C++, tuy nhiên Java và C++ vẫn có điểm khác nhau. Vậy sự khác biệt giữa C++ và Java là gì?

• Java không nạp chồng toán tử như C ++.
• C++ cung cấp các lớp mẫu còn Java thì không.
• C++ hỗ trợ con trỏ rõ ràng, nhưng Java lại không.
• Java không hỗ trợ các biến toàn cục như C ++.
• Java sử dụng hàm finalize () còn C ++ sử dụng hàm hủy.
• Java không có tệp tiêu đề như C ++.
• Java hỗ trợ tương tự thông qua các giao diện còn C ++ hỗ trợ kế thừa thông qua các lớp.
• Java không có hỗ trợ các cấu trúc và liên hiệp như C ++.
• Java không hỗ trợ từ khóa “ảo” như C++.

Có nên học lập trình Java?

Với những ưu điểm và lợi ích cũng như ứng dụng rộng rãi của Java như hiện nay, nhiều người đang thắc mắc: có nên học lập trình Java không, học Java để làm gì và lợi ích của việc học lập trình Java là gì?

• Java không chỉ độc lập nền tảng mà phong cách “lập trình hướng đối tượng” của nó còn rất hấp dẫn với các nhà tuyển dụng IT.
• Java là lập trình hướng đối tượng (OOP) sử dụng các đối tượng được định nghĩa rõ ràng và các mối quan hệ giữa các đối tượng với nhau để thực hiện các tác vụ khác nhau.
• Trước nền tảng mô-đun tự nhiên, OOP làm cho nó dễ dàng hơn, nhanh hơn và rẻ hơn trong phát triển và quản lý phần mềm. Cũng dễ hiểu khi những đặc điểm này buộc các tổ chức đón nhận Java, nâng ngôn ngữ lập trình trở thành kỹ năng được mong muốn nhất của các nhà tuyển dụng.
• Ngoài việc được các nhà tuyển dụng yêu thích, Java những người viết ra các chương trình máy tính rất hứng thú. Mức lương trung bình của một lập trình viên Java ở Mỹ khoảng $88 nghìn đô-la (hơn 1,8 tỷ VNĐ/năm).

Ví dụ về Java

Có rất nhiều ví dụ về Java, hôm nay chúng ta sẽ lấy ví dụ ứng dụng kiểu application về Java. Cụ thể:

• Định nghĩa HelloWorld
• Chứa trong tập tin HelloWorld.java

Để có thể chạy “HelloWorld” chúng ta sẽ cần phải nhập một đoạn mã như sau:

public class HelloWorld   {
      public static void main (String [] args)    {
            System.out.println (“HelloWorld!”);
      }
}

Sau đó ta sẽ nhận được kết quả như sau:

Lời kết

Có thể thấy, Java không chỉ mang đến những lợi ích thiết thực trong công nghệ internet như hiện nay. Hy vọng qua bài viết này đã có thể giúp bạn hiểu hơn về Java là gì, những ứng dụng và các tính năng của Java. Nếu bạn đang muốn học lập trình Java hãy lưu lại bài viết này của chúng tôi, tin chắc sẽ có ích.