اساسيات لغة جافا
اساسيات لغة جافا يجب تعلمها قبل تطبيق اللغة واستخدامها حيث أن هناك عدة مفاهيم مشهورة بها الجافا، والتي تعد من أشهر لغات البرمجة وأكثرها استخدامًا نظرًا لوجود مزايا كثيرة تنحها للمبرمجين، الجدير بالذكر أن تعلم اللغة ليس بالأمر المستحيل لذلك سننوه في هذا المقال عن بعض المفاهيم والمصطلحات المستخدمة فيها بالتفصيل.
نبذة عن لغة جافا
•لغة الجافا هي لغة برمجة ظهرت لأول مرة عام 1995 من خلال Sun Microsystems وهي شركة تم تأسيسها عام 1982م.
•الجدير بالذكر أن آلاف التطبيقات والبرامج التي لا تخلو من اساسيات لغة جافا حيث يمكن القول أن الجافا تمثل البنية التحتية للتكنولوجيا.
اساسيات لغة جافا
عند تعلم لغة الجافا سوف نجد بعض المصطلحات الشائعة الاستخدام فيها، لذلك سننوه عنها بالتفصيل فيما يلي:
الكلاس
يمكن تعريفه بأنه عبارة عن صندوق يتضمن المتغيرات والكائنات والدوال.
الكائن
•مرتبط بشكل كبير مع الكلاس حيث يكون نسخة طبق الأصل منه، لذلك يبدأ المبرمج بإنشاء الكلاس أولا ثم نسخه إلى كائنات متعددة جميعها تحتوي على نفس المعلومة.
•الجدير بالذكر أن العمل يكون على الكائنات وليس الكلاس بعد الانتهاء من التعديل، يتم تجميع كل الكائنات في كلاس واحد كبير.
الخصائص
•المقصود بها المتغيرات الخاصة بكل كائن يتم العمل عليها بشكل مستقل، مما يترتب عليه استقلالية كل كائن بمتغيراته.
•على سبيل المثال إذا تم إنشاء كلاس باسم معين يتضمن متغيرين وتم إنشاء نسختين منه يتضمنان نفس المحتوى الخاص بالكلاس.
•الكائن الأول سيتضمن نفس المتغيرات الموجودة في الكلاس كذلك الكائن الثاني أيضًا.
•يتم العمل على كائن بشكل منفصل دون أن تتغير قيم الكائن الأخر مطلقًا.
الدوال
يطلق عليها مصطلح الميثود وهو عبارة عن كود جاهز يتم تنفيذه عند الحاجة إليه.
مزايا لغة جافا
عند تعلم اساسيات لغة جافا سوف نلاحظ الكثير من المميزات التي تمنحها لمستخدميها، كما سنوضح فيما يلي:
•بساطة اللغة وسهولتها ناتج عن تصميم يمكن فهمه بسهولة عند إتقان Object Orianted Programming.
•منح الأمان والحماية عند استخدامها ف برمجة نظام ما وذلك لأنها تعتمد على تقنية public-key encryption، التي تكافح محاولات الاختراق وهجوم الفيروسات.
•الجدير بالذكر أنها تتضمن نظام خاص بإدارة الأمان يساعد المستخدم على تحديد المكتبة المناسبة من الكلاس.
•بالإضافة نجد أن تلك اللغة تستخدم نظام خاص بفحص ومعاينة حدود المصفوفات Array Index Limit.
•المميز أن تلك اللغة تستخدم في برمجة التطبيقات المختلفة، مما يترتب عليه عدم حدوث أخطاء عند تحويها إلى لغة الآلة أو تنفيذ المطلوب.
•كما يمكن استخدام اللغة على أي نظام تشغيل يمتلكه مستخدميها بسهولة، مما يفسح المجال للكثيرين بالاستفادة منها.
•تتفاعل اللغة مع أي بيئة متغيرة وذلك ما يميزها عن اللغات الأخرى، لذلك يفضلها المبرمجين عن أي لغة أخرى.
•نظام البرمجة الخاص بتلك اللغة يتكون من عدة كائنات لكل منها صفات وخصائص خاصة.
•إمكانية تنفيذ النظام الذي يعتمد على الجافا لأكثر من أمر في آن واحد.
•الجدير بالذكر أن لغة جافا تتعامل بشكل مباشر مع الهاردوير الخاص بأي جهاز، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع.
فئات الاعداد الصحيحة في لغة الجافا
من خلال تعلم اساسيات لغة جافا سنجد أن فئات الأعداد الصحيحة تنقسم لأربع أنماط نوضحها فيما يلي:
فئة (Byte)
•يعد أصغر وحدة استخدم لحفظ الأرقام سواء كانت صحيحة أو غير صحيحة.
•الجدير بالذكر أن تلك الفئة تتكون من 8 بت، حيث يتم استخدامها عند التعامل مع الأرقام من 1 إلى 9 بالإضافة إلى توضيح عمر الطفل.
•يتم كتابة الفئة بصورة byte x = 0 في لغة الجافا.
رقم صحيح قصير (Short Integer)
•يتم استخدامه عند التعامل مع الأرقام القصيرة التي لا تشغل حيز كبير في الذاكرة.
•الجدير بالذكر أن تلك الفئة تتكون من عدد 2 بايت ويتم الإشارة إليه بالرمز Short.
•لذلك يتم كتابة الصيغة الخاصة به على صورة short x = 3200.
القيم الصحيحة (Integers)
•نستخدمها عند الرغبة في تخزين عدد صحيح لا يتضمن كسور أو علامات عشرية.
•الجدير بالذكر أن المساحة المخصصة له في الذاكرة هي 4 بايت، تعد تلك الفئة اكثر الفئات استخدامًا في لغة الجافا.
•يتم استخدامها عند الرغبة في عريف عدد الدقائق أو تعريف مبلغ ما، كما سنوضح على سبيل المثال int x = 1500777991.
رقم صحيح طويل (Long Integer)
•نستخدم تلك الفئة عندما يريد مستخدم لغة الجافا في كتابة أعداد كبيرة، مما يترتب عليه شغل مساحة كبيرة في الذاكرة.
•الجدير بالذكر أن تلك الفئة تستخدم بكثرة وبصورة شائعة، حيث يمكن استخدامها في التعريف عن المسافات الشاسعة بين دولتين على سبيل المثال.
•الجدير بالذكر أن الصيغة المستخدم في التعريف تكون على صورة long x = 1500777991L.
فئات الإعداد العشرية في لغة الجافا
من خلال فهم أساسيات لغة جافا سنجد أن فئات الأعداد العشرية تنقسم إلى فئتين فقط، كما سنوضح فيما يلي:
متغير رقم عشري (Float)
•هذا المتغير يتم استخدامه في تخزين الأرقام العشرية السالبة أو الموجبة، حيث يتم استخدامها عند الرغبة في تخزين نتيجة رياضية.
•المتغير يستخدم 4 بايت لذلك يمكن استخدامه في تخزين الأطوال على سبيل المثال.
•الجدير بالذكر أن الصيغة المستخدمة لهذه الفئة تكون على صورة متغير رقم عشري float x = 0.12345679F.
متغير رقم عشري (Double)
يتم استخدامه لتخزين الأرقام العشرية أيضا لكن تختلف عن المتغير السابق.
فئة الحروف (Characters Data Type) في لغة جافا
لا تخلو اساسيات لغة جافا من فئة الحروف، حيث تنقسم إلى فئتين فرعيتين، كما سنوضح فيما يلي:
فئة الحرف (Char)
•نستخدمها لتخزين نوع تاريخ أو ساعه الجدير بالذكر أنها تحتاج إلى 2 بايت لتخزين المعلومة.
•يمكن الإشارة لتلك الفئة بصورة char x = ‘A.
فئة الكلمات (String)
يتم استخدامها عند تخزين جملة أو عدد من الكلمات على سبيل المثال نكتبها في صورة string x = “Hello World.
فئة البيانات المنطقية (Boolean Data Type)
تظهر تلك الفئة في صورة واحدة ويتم استخدامها عند تخزين قيم منطقية تعتمد على فرضين الصواب أو الخطأ، كما سنوضح فيما يلي:
النوع المنطقي (Boolean)
•تستخدم تلك الفئة بت واحد فقط أما مساحة التخزين تختلف من جهاز إلى آخر.
•يتم كتابة تلك الفئة على صورة boolean x = false.
أنواع المتغيرات في لغة الجافا
يطلق على المكان الذي يتم تخزين معلومة فيه بمصطلح المتغير حيث لكل متغير نمط من أنماط البيانات السابق الإشارة إليها في الفقرات السابقة، الجدير بالذكر أن هناك اكثر من متغير في لغة الجافا، يجب التعرف عليه بجانب تعلم اساسيات لغة جافا كما سنوضح فيما يلي:
متغيرات محلية (Local Variables)
مرتبطة بالكود المستخدم بمعنى أن استخدامها في لغة الجافا مخصص لمنطقة معينة فقط.
متغيرات ضمن الكلاس (Class Variables)
•يرتبط المتغير بالمضمون الموجود بداخل الكلاس الذي يرغب المبرمج في برمجته.
•الجدير بالذكر أن وجود هذا المتغير يكون بعيد عن الكائن (Object).
متغيرات نسخة من الكلاس (Instance Variables)
يأتي المتغير بعد كلمة Class وهي تعد جزء منه.
شروط تسمية المتغيرات في لغة الجافا
يقوم المبرمج بتسمية المتغيرات الخاصة به عند التعامل بلغة الجافا على النحو التالي:
•يعد استخدام حرف أو علامة $ أو _ فقط من اساسيات لغة جافا حيث يحظر استخدام أي رقم بداية تسمية المتغير.
•بالإضافة إلى إمكانية استخدام أي رمز أو رقم أو حرف بعد كتابة الحرف الأول.
•الجدير بالذكر أن هناك علامات ورموز خاصة بالجافا لا يتم استخدامها بأي حال من الأحوال، مثل علامة % أو علامة @ أو علامة *.
•بالإضافة أن هناك أسماء مرتبطة بلغة الجافا لا يجوز للمبرمج استخدامها مثل new ، for ، switch ، if ، while ، break.
•المميز في هذه اللغة أن الحروف الكبيرة والصغيرة لكل منها مدلول خاص، لذلك كتابة كلمة معينة بالحروف الكبيرة يختلف معناها إذا تمت كتابتها بحروف صغيرة.
•من الأفضل استخدام كلمه تمت بالصلة للنتيجة الخاصة بها مثل int age = 16 حيث نجد أن age معناها عمر، لذلك من البديهي أن يكون الناتج عمر شخص مثلا.
فئات الاستثناءات في لغة جافا
بعد التنويه عن اساسيات لغة جافا سنشرح المقصود بمصطلح الاستثناءات هو حدوث عطل بالبرنامج أثناء استخدامه مما يترتب عليه إيقافه بشكل تلقائي، لذلك سننوه عن الأسباب التي تسبب ظهور تلك المشكلة فيما يلي:
Checked Exception
•يحدث بسبب كتابة المبرمج للكود بطريقة خاطئة، مما يترتب عليه إيقاف التشغيل للبرنامج.
•الجدير بالذكر أن البرنامج سوف يظهر للمبرمج الكود الخطأ مع التوضيح، ليتم تدارك الأمر وتصليحه ليعمل البرنامج دون حدوث أي خلل.
Unchecked Exception
يسبب خطأ في تشغيل البرنامج عند إدخال قيمة على سبيل المثال ليست موجودة، الجدير بالذكر أن الأخطاء التي تحدث أثناء تشغيل البرنامج يكون سببها المبرمج أيضًا.
Error
تظهر الرسالة للمستخدم وذلك عند حدوث خلل في الجهاز المستخدم سواء كان امتلاء الذاكرة أو عدم صلاحية نظام التشغيل.
الاستثناءات وقت تشغيل البرنامج
بعد التعرف على اساسيات لغة جافا لابد من التعرف على الأخطاء التي يمكن أن يقع بها المبرمج عند تصميم برنامج، كما سنوضح فيما يلي:
ArithmeticException
يدل هذا الاستثناء على وجود خطأ خاص بكتابة عملية حسابية. ArrayIndexOutOfBoundsException
هذا الخطأ يشير إلى إدخال رقم غير موجود بالمصفوفة في index.
StringIndexOutOfBoundsException
يشير إلى وجود رقم في index لا يوجد في String.
ArrayStoreException
يشير هذا الخطأ إلى كتابة رقم لا ينتمي لمصفوفة Object.
ClassCastException
خاص يتحويل قيم كائن معين إلى كائن مختلف في النوع.
IllegalFormatConversionException
تظهر عند وضع قيمة سالبة للإشارة إلى عدد العناصر الخاصة بالمصفوفة.
NumberFormatException
يظهر هذا الخطأ عند فشل المبرمج في تحويل قيمة خاصة ب String إلى قيمة رقمية.
NullPointerException
يظهر هذا الخطأ عند التعامل مع كائن لا يتضمن قيم أولية.
SecurityException
هذا الخطأ يظهر بسبب خلل أمني.
الأسباب التي تؤدي الى حدوث الاستثناءات
لابد من دراسة اساسيات لغة جافا جيدًا وذلك لأن هناك بعض الأخطاء التي يمكن أن يقع فيها المبرمج وتسبب توقف للبرنامج، كما سنوضح فيما يلي:
•عند إدخال قيمة لا تمت بصلة لنوع المتغير المستخدم في تخزينها.
•كذلك عند إدراج رقم index لا وجود له في المصفوفة المستخدمة String.
•في حالة انقطاع الاتصال بشبكة الإنترنت بشكل فجائي، فإن من البديهي توقف لبرنامج عن العمل.
•كما يحدث توقف للبرنامج المصمم بلغة الجافا عند الوصول لنص معين غير موجود نهائيًا فيه.
تعلم اساسيات لغة جافا تساعد المبرمجين على الاستفادة القصوى من لغة الجافا في تصميم الكثير من البرامج، والتي يمكن تنفيذها على أي جهاز يعمل بأنظمة تشغيل مختلفة الجدير بالذكر أن تعلم لغات البرمجة عموما يتطلب المثابرة ومواكبة كل تطور يحدث فيها مع التطبيق العملي لكل خطوة حتى ترسخ في الذهن بسهولة.
بعض استخدامات لغة چافا
منذ تطوير لغة چافا في عام 1995 بواسطة Sun Microsystems بعد ذلك أصبحت لغة Java العمود الرئيسي لملايين التطبيقات والبرامج، يمكن استخدام لغة چافا للتطوير باستخدام أي جهاز أياً كان نوع نظام تشغيله سواء كان (Android أوWindows أو Mac os أو Unix) فقد تركت چافا بصمتها حتى في بعض المجالات مثل الأنظمة المدمجة وحلول المؤسسات.
لغة چافا واحدة من أكثر لغات البرمجة استخدامًا في عالم البرامج في العديد من مجالات مثل (تطوير الويب أو الذكاء الاصطناعي) والعديد من المجالات الأخرى.
تطبيقات لغة چافا
1.تطبيقات الويب
توفر لغة چافا العديد من المميزات لتطوير الويب بالإضافة إلى Hibernate ) و Servlets و Jsps و Spring و Struts ) مما يتيح لك أن تطور برامج برمجية آمنة وسهلة.
من أدوات الويب الواقعية المطورة بلغة Java مثل ( Amazon و Broadleaf و Wayfair ).
2.تطبيقات واجهة المستخدم الرسومية لسطح المكتب
چافا توفر الكثير من المميزات التي تساعد في تطوير تطبيقات واجهة المستخدم الرسومية مثل ( Java Foundation Classes أو Java Awt أو Swing Api ).
تساعدنا المميزات في تطوير تطبيق واجهة المستخدم الرسومية بما فيها التطبيقات الرسومية ثلاثية الأبعاد أو التطبيقات المتقدمة المستندة إلى الشجرة.
من أدوات سطح المكتب الواقعية المطورة بلغة Java مثل ( Acrobat Reader )
3.تطبيقات الهواتف الذكية
يوجد ميزة في لغة چافا تسمى J2ME وهي إطار عمل عبر الأنظمة الرئيسية لچافا في إنشاء تطبيقات الهواتف الذكية مثل نظام تشغيل Android الذي تم تطويره باستخدام Android SDK القائم على لغة چافا.
من التطبيقات الشائعة للهواتف الذكية التي تم تطويرها بواسطة Java:
•Uber
•Netflix
•Google earth
4.الأنظمة المدمجة
هي أنظمة ذات مستويات منخفضة تشكل الجزء الأكبر من الأنظمة الكهروميكانيكية، وتسمى أيضاً أنظمة متكاملة وهي معالجات وشرائح صغيرة.
من الممكن أن تنتج لغة چافا أدوات قوية يمكنها أن تتعامل مع استثناءات التطبيقات بسرعة وكفاءة لأنها أفضل لتطوير البرامج ذات المستوى المنخفض.
من تطبيقات الأنظمة المضمنة بلغة Java :
•مشغل الأقراص Blue-Ray
•تستخدم بطاقات Sim تقنية بلغة Java
5.التطبيقات العلمية
لغة چافا تتمتع بمميزات أمان قوية تجعلها شائعة في تطوير التطبيقات العلمية، وتوفر حسابات رياضية قوية تعطيك نفس النتائج في أنظمة أساسية مختلفة لذلك لها قوة وأمان.
من الأدوات العلمية الشائعة التي تنتمي إلى لغة Java مثل (Mat Lab )
6.تطبيقات الخادم في الصناعة المالية
المؤسسات المالية مثل المستثمرين والبنوك إلى برامج برمجية متنوعة لأداء أعمالها اليومية مثل نظام التداول الإلكتروني للمكاتب الخلفية والأمامية ومعالجة البيانات وأنظمة التسوية الكتابية.
چافا تستخدم في الأغلب هذه الأدوات لكتابة التطبيقات من جانب الخادم الذي يتلقى البيانات من خادم ويقوم بمعالجتها وإرسالها إلى الخوادم الأخرى.
من المؤسسات المالية المستخدمة للغة Java:
•Barclays
•Goldman Sach
•Citi Group
7.تطبيقات المؤسسة
چافا هي أول خيار لتطوير برامج المؤسسات بشكل أساسي لأنها مميزة وتوفر أداء عال، وتعمل چافا على جعل التطبيقات أكثر أماناً وسهلة التطوير.
تحتوي Java على نظام أساسي يسمى Java Enterprise Edition ( Java EE ) الذي يأتي معه مميزات Api وتشغيل برامج المؤسسة وخدمات الويب وبيئة وقت تشغيل البرمجة النصية وأدوات الشبكة.
يستخدم لغة Java حوالي ٩٧% من أجهزة المؤسسات، مما أدى إلى تطوير معظم تطبيقات المؤسسات في لغة چافا.
من تطبيقات المؤسسات حالياً في استخدام Java :
•أنظمة إدارة موارد العملاء CRM
•أنظمة تخطيط موارد المؤسسات ERP
8.خوادم الويب والتطبيقات
يحتوي النظام البيئي لچافا بالكامل على العديد من خوادم الويب والتطبيقات في الوقت الحالي، خوادم التطبيقات مثل ( WebLogic , WebSphere , Jboss (هي التي تسيطر على الصناعة التجارية.
ومن خوادم الويب مثل ( Rimfaxe Web Server , Apache Tomcat , Project Jigsaw ) هي التي تسيطر غلى الفضاء.
9.تقنيات البيانات الضخمة
البيانات الضخمة من أكثر المواضيع شيوعاً في صناعة البرمجيات حالياً لأنها تتعامل مع تحليل المعلومات واستخراجها بشكل منظم من مجموعات البيانات الكبيرة المعقدة.
إطار العمل بالبيانات الضخمة يسمى Hadoop تمت كتابته بالكامل بواسطة لغة Java وبه بعض المميزات مثل التجميع التلقائي للقمامة ونظام توفير المكدس وتوزيع الذاكرة لذلك چافا هي مستقبل البرمجة للبيانات الضخمة.
من تقنيات البيانات الضخمة القائمة على لغة Java حالياً:
•Apache Hbase
•Accumulo
•Hadoop
•ElasticSearch
10.أدوات البرمجيات
العديد من أدوات البرمجة المستخدمة في التطوير تمت كتابتها بواسطة لغة چافا مثل ( Net beans و Eclipse و IntelliJ Idea )
هذه أيضاً من أكثر الأدوات المستخدمة لواجهة سطح المكتب الرسومية، كان في السابق Awt هي الميزة المستخدمة في الأغلب لتطوير التطبيقات لكن الآن أصبح JavaFx أكثر استخدامًا في الوقت الحالي.
11.تطبيقات J2ME
هناك هواتف من شركات الهواتف هذه Samsung و Nokia تستخدم J2ME ، ويشتهر أيضاً J2ME ببعض المنتجات مثل Set-Top Boxes و Blue-Ray والعديد من المنتجات الآخرى.
12.تطبيقات التداول
التطبيق الشهير Murex الذي يتم استخدامه في الكثير من البنوك للاتصال تم تصميمها بلغة Java .
في النهاية أتمنى أن تكونوا قد استفدتم أقصى استفادة من هذا الموضوع والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته.