Java : Premier programme

Java est un langage typé et orienté objet. Il est compilé et basé sur une architecture logicielle très particulière nécessitant une machine virtuelle Java. Il utilise les notions usuelles de la programmation orientée objet : la notion de classe, d'encapsulation, d'héritage, d'interface, de virtualité, de généricité, … Il est accompagné d'un ensemble énorme de bibliothèques standard couvrant de très nombreux domaines, notamment des bibliothèques graphiques. C'est un langage qui présente d'excellentes propriétés de portabilité du code. Son gros point faible est une relative lenteur, surtout si on le compare à des langages comme le C++. Cependant, ce défaut a été résolu en grande partie par l'introduction de la technologie JIT (compilateurJust-In-Time, en anglais « juste à temps »), qui compile le code à la première exécution, permettant une exécution quasiment aussi rapide qu'en C/C++.

Voici l'exemple d'un premier programme en Java : 

Le fichier source :

Ce programme doit être écrit dans le fichier Exemple.java.

public class Exemple {
        public static void main(String[] args) {
                System.out.println("Hello world!");
        }
}

Explications sur le langage :

Ce programme est le classique Hello world. Comme son nom l'indique, ce programme va afficher la phrase "Hello world" à l'écran. Analysons-le ligne par ligne :

public class Exemple {

Cette ligne déclare une classe publique que nous appelons Exemple.
Un fichier .java ne peut contenir qu'une seule classe publique et le fichier doit porter le nom de cette classe. Ainsi, le fichier de ce premier exemple s'appellera obligatoirement Exemple.java (en respectant la casse).
Ce système de nommage permet au compilateur et à l'interpréteur de trouver les fichiers correspondant à une classe.

public static void main(String[] args) {

Cette ligne déclare une méthode appelée main. Cette méthode est le point d'entrée du programme (la méthode appelée lorsqu'il sera exécuté).

Elle prend en argument un tableau de chaînes de caractères (String[] args) et ne retourne rien (void).

Cette méthode est publique et statique, ce qui sera expliqué plus loin.

System.out.println("Hello world!");

Cette dernière instruction invoque la méthode println de l'objet out se trouvant dans la classe System en lui passant en argument la chaîne Hello world!. L'exécution de cette méthode aura pour résultat l'affichage de Hello world!.

Cette ligne peut sembler obscure pour l'instant. Les détails seront abordés par la suite.

Compilation du fichier source :

Nous allons présenter la compilation de notre programme en utilisant le compilateur gratuit Java très répandu nommé Javac, disponible gratuitement auprès d'Oracle. Cependant, il faut savoir qu'il existe aussi de nombreux environnements de développement Java permettant de taper, compiler, exécuter ou débuguer des programmes dans ce langage.

Tapez le programme précédent et sauvegardez le dans un fichier Exemple.java (pour la raison expliquée précédemment) et tapez dans une fenêtre :

Invite de commande DOS	Terminal Unix
> javac Exemple.java > dir Exemple.class Exemple.java >	$ javac Exemple.java $ ls Exemple.class Exemple.java $

Le compilateur Javac a produit le fichier Exemple.class, contenant le code intermédiaire. Ce fichier n'est normalement pas éditable, ce qui peut garantir le copyright.

En cas de problèmes...

Voici les points à vérifier selon le type de problème :

Le système indique que le compilateur est introuvable 

1. Vérifiez que vous avez installé un kit de développement Java (le JDK) et pas simplement un environnement d'exécution (JRE) qui ne comporte pas les outils de compilation.
2. Vérifiez que le chemin du répertoire bin contenant le compilateur javac (javac.exe sous Windows) est dans la liste de la variable d'environnement PATH.

Le compilateur se lance mais affiche une erreur de classe non trouvée 

1. Si la classe ne déclare aucun paquetage (package), vérifiez que vous lancez la commande depuis le répertoire où se trouve le fichier source (*.java). Changez de répertoire si nécessaire avant de recommencer.
2. Sinon, vous devez lancer la commande depuis le répertoire parent du paquetage racine, en donnant le chemin relatif du fichier source depuis ce répertoire parent.
3. Dans les deux cas ci-dessus, en plus de changer de répertoire courant, il peut être nécessaire d'ajouter le chemin de ce répertoire dans le classpath. Cela peut être fait soit dans la ligne de commande avec l'option -classpath (ou -cp), soit dans la variable d'environnement CLASS_PATH.

Le compilateur se lance mais affiche une erreur de syntaxe 

1. Vérifiez le contenu du fichier source. Pour compiler les exemples de ce livre, le mieux est de faire un copier-coller complet du code.
2. Assurez-vous de compiler le bon fichier source et pas un autre.

Exécution du programme :

Java est une machine virtuelle java fournie par Oracle et disponible pour de nombreux environnements.

Pour exécuter notre code intermédiaire, il faut taper :

java Exemple

L'exécution du programme affiche dans une fenêtre console la fameuse phrase Hello world!.

En cas de problèmes...

Voici les points à vérifier selon le type de problème :

Le système indique que la commande java est introuvable 

1. Vérifiez que vous avez installé un kit de développement Java (le JDK).
2. Vérifiez que le chemin du répertoire bin contenant l'interpréteur java (java.exe sous Windows) est dans la liste de la variable d'environnement PATH.

L'interpréteur se lance mais affiche une erreur de classe non trouvée 

1. Vérifiez que vous avez compilé le fichier source *.java (voir section précédente) sans erreur, c'est-à-dire que vous avez obtenu un fichier compilé *.class.
2. Si la classe ne déclare aucun paquetage (package), vérifiez que vous lancez la commande depuis le répertoire où se trouve le fichier compilé (*.class). Changez de répertoire si nécessaire avant de recommencer.
3. Sinon, vous devez lancer la commande depuis le répertoire parent du paquetage racine, en donnant le nom complet de la classe (incluant le nom du paquetage).
4. Dans les deux cas ci-dessus, en plus de changer de répertoire courant, il peut être nécessaire d'ajouter le chemin de ce répertoire dans le classpath. Cela peut être fait soit dans la ligne de commande avec l'option -classpath (ou -cp), soit dans la variable d'environnement CLASS_PATH.

L'interpréteur se lance mais rien ne s'affiche, ou le comportement n'est pas le même 

1. Vérifiez le contenu du fichier source. Pour compiler les exemples de ce livre, le mieux est de faire un copier-coller complet du code.
2. Assurez-vous de lancer la bonne classe principale et pas une autre.

Nouveautés de Java 8

TechEmpower, une entreprise de développement d'applications personnalisées basée à El Segundo, Californie, a posté une entrée de blog intitulée "Tout sur Java 8". Le billet de blog est un résumé complet des changements impactant les développeurs qui viennent avec Java 8. Voici une rapide vue d'ensemble du billet. Veuillez vous rendre sur le blog de TechEmpower pour les détails complets.

Améliorations sur les Interfaces :
Les interfaces peuvent désormais définir des méthodes statiques. Par exemple, java.util.Comparator a désormais une méthode statique naturalOrder.

    public static <T extends Comparable<? super T>> Comparator<T> naturalOrder() {
        return (Comparator<T>) Comparators.NaturalOrderComparator.INSTANCE;
    }

Les interfaces peuvent désormais fournir des méthodes par défaut. Cela permet aux développeurs d'ajouter de nouvelles méthodes sans casser le code existant implémentant l'interface. Par exemple, java.lang.Iterable a maintenant une méthode forEach par défaut.

    public default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }

Notez qu'une interface ne peut pas fournir d'implémentation par défaut pour toute les méthodes de la classe Object.
Interfaces Fonctionnelles :
Une interface fonctionnelle est une interface qui défini exactement une méthode abstraite.L'annotation FunctionalInterface a été introduite pour indiquer qu'une interface est conçue comme interface fonctionnelle. Par exemple, java.lang.Runnable est une interface fonctionnelle.

    @FunctionalInterface
    public interface Runnable {
        public abstract void run();
    }

Notez que le compilateur Java considérera toute interface répondant à la définition comme interface fonctionnelle, que l'annotation FunctionalInterface soit présente ou non.

Lambdas :

La propriété importante des interfaces fonctionnelles est qu'elles peuvent être instanciées en utilisant des lambdas. Les expression lambda vous permettent de traiter une fonctionnalité comme argument de méthode, ou du code en tant que donnée.

Voici quelques exemples de lambdas. Les entrées sont sur la gauche et le code est sur la droite. Les types d'entrée peuvent être inférés et sont optionnels.

(int x, int y) -> { return x + y; }

(x, y) -> x + y

x -> x * x

() -> x

x -> { System.out.println(x); }

Voici un exemple d'instanciation de l'interface fonctionnelle Runnable.

    Runnable r = () -> { System.out.println("Running!"); }

Références de Méthodes :

Les références de méthodes sont des expressions lambda compactes pour des méthodes ayant déjà un nom. Voici quelques exemples de références de méthodes, avec l'expression lambda équivalente à droite.

    String::valueOf     x -> String.valueOf(x)
    Object::toString    x -> x.toString()
    x::toString         () -> x.toString()
    ArrayList::new      () -> new ArrayList<>()

Lambdas capturantes vs non-capturantes :

Les lambdas sont dites "capturantes" si elles accèdent à une variable ou un objet non statique qui a été défini hors du corps de la lambda. Par exemple, cette lambda accède à la variable x :

int x = 5;
return y -> x + y;

Une expression lambda peut seulement accéder aux variables locales et aux paramètres du bloc conteneur qui sont final ou finales dans les faits (NdT: une variable sans le mot clé final, mais instanciée une seule fois).

java.util.function :

Un grand nombre de nouvelles interfaces fonctionnelles ont été ajoutées au package java.util.function. Voici quelques exemples:

• Function - prend un T en entrée, retourne un R en sortie 
• Predicate - prend un T en entrée, retourne un booléen en sortie 
• Consumer - prend un T en entrée, ne retourne rien 
• Supplier - ne prend rien en entrée, retourne un T en sortie 
• BinaryOperator - prend deux T en entrée, retourne un unique T en sortie.

java.util.stream :
Le nouveau package java.util.stream fourni des classes pour supporter des opérations de style fonctionnel sur des flux de valeurs. Une manière commune d'obtenir un stream sera depuis une collection :

    Stream<T> stream = collection.stream();

Voici un exemple provenant de la Javadocs du package.

    int sumOfWeights = blocks.stream().filter(b -> b.getColor() == RED)
                                      .mapToInt(b -> b.getWeight())
                                      .sum();

Ici nous utilisons une Collection de blocs comme source pour un stream, et nous réalisons une opération dite de filter-map-reduce (filtrer-transformer-réduire) pour obtenir la somme des poids des blocs rouges. Les Streams peuvent être infinis et avec état. Ils peuvent être séquentiels ou parallèles. Quand vous travaillez avec des streams, vous obtenez tout d'abord un stream depuis une source, réalisez une ou plusieurs opérations intermédiaires puis une unique opération finale de terminaison.

Les opérations intermédiaires incluent filter, map, flatMap, peel, distinct, sorted, limit, et substream.

Les opérations de terminaison incluent forEach, toArray, reduce, collect, min, max, count, anyMatch, allMatch,

noneMatch, findFirst, et findAny. Une classe utilitaire très pratique est java.util.stream.Collectors. Celle-ci implémente des opérations de réduction variées, telles que convertir des streams en collections, ou l'agrégation d'éléments.

Amélioration de l'inférence des types génériques:

Ceci améliore la capacité du compilateur Java à inférer les types génériques et réduit le nombre d'arguments de typage dans les appels de méthodes génériques. En Java 7, le code ressemble à quelque-chose comme çà :

    foo(Utility.<Type>bar());
    Utility.<Type>foo().bar();

En Java 8, l'inférence améliorée dans les arguments et appels chaînés vous permet d'écrire quelque-chose comme çà:

    foo(Utility.bar());
    Utility.foo().bar();

java.time :

La nouvelle API date/heure est contenue dans le package java.time. Toutes les classes sont immuables et thread-safe. Les types date et heure incluent Instant, LocalDate, LocalTime, LocalDateTime et ZonedDateTime. Au delà des dates et des heures, il y a aussi les types Duration (durée) et Period (périodicité).

D'autres types de valeurs incluent Month, DayOfWeek, Year, Month, YearMonth, MonthDay, OffsetTime et OffsetDateTime. La plupart de ces nouvelles classes de date/heure sont supportées par JDBC.

Ajouts à l'API Collections :

La capacité des interfaces à avoir des méthodes par défaut a permis à Java 8 d'ajouter un grand nombre de nouvelles méthodes à l'API Collections. Les implémentations par défaut ont été fournies sur toutes les interfaces et des implémentations plus efficaces ont été ajoutées aux classes concrètes quand cela était possible. Voici une liste des nouvelles méthodes :

• Iterable.forEach(Consumer)
• Iterator.forEachRemaining(Consumer)
• Collection.removeIf(Predicate)
• Collection.spliterator()
• Collection.stream()
• Collection.parallelStream()
• List.sort(Comparator)
• List.replaceAll(UnaryOperator)
• Map.forEach(BiConsumer)
• Map.replaceAll(BiFunction)
• Map.putIfAbsent(K, V)
• Map.remove(Object, Object)
• Map.replace(K, V, V)
• Map.replace(K, V)
• Map.computeIfAbsent(K, Function)
• Map.computeIfPresent(K, BiFunction)
• Map.compute(K, BiFunction)
• Map.merge(K, V, BiFunction)
• Map.getOrDefault(Object, V)

Ajouts à l'API Concurrence :
Il y a eu quelques ajouts à l'API de Concurrence, dont certains vont être brièvement discutés ici. ForkJoinPool.commonPool() est la structure qui gère toutes les opérations parallélisées sur les streams. Le pool commun est utilisé par toute ForkJoinTask qui n'est pas explicitement soumise à un pool spécifique.

ConcurrentHashMap a été complètement réécrite. Le StampedLock est
une nouvelle implémentation de lock qui peut être utilisée comme alternative à ReentrantReadWriteLock. CompletableFuture est une implémentation de l'interface Future qui fourni des méthodes pour réaliser et chaîner des tâches asynchrones.

Ajouts aux API IO/NIO :

Il y a de nouvelles méthodes d'IO/NIO, qui sont utilisées pour obtenir des java.util.stream.Stream à partir de fichiers et des input streams.

• BufferedReader.lines()
• Files.list(Path)
• Files.walk(Path, int, FileVisitOption...)
• Files.walk(Path, FileVisitOption...)
• Files.find(Path, int, BiPredicate, FileVisitOption...)
• Files.lines(Path, Charset)
• DirectoryStream.stream()

Il y a aussi la nouvelle UncheckedIOException, une IOException qui étend RuntimeException. Il y a aussi CloseableStream, un flux qui peut être, et devrait être fermé.
Changements sur la Réflexion et les annotations :

Avec les annotations de type, les annotations peuvent être écrites à plus d'endroits, tels que les arguments de typage génériques comme List<@Nullable String>.
Cela améliore la détection d'erreurs par les outils d'analyse statique, ce qui renforcera et raffinera le système de type intégré à Java.
Nashorn JavaScript Engine :
Nashorn est la nouvelle implémentation légère haute performance de Javascript intégrée au JDK. Nashorn est le successeur de Rhino, qui améliore la performance et l'usage mémoire. Il supportera l'API javax.script, mais n'incluera pas le support du DOM/CSS ni d'API de plugin de navigateur.