290 lines
29 KiB
TeX
290 lines
29 KiB
TeX
\immediate\write18{texcount -sum -1 j-spec.tex > /tmp/wordcount.tex}
|
||
%\immediate\write18{texcount -sum -1 scenarios/jc-1-c.tex > /tmp/wordcount.tex}
|
||
\documentclass[12pt, a4paper]{report}
|
||
\usepackage[english,russian]{babel} % локализация и переносы
|
||
\usepackage{fancyhdr}
|
||
\usepackage{graphicx}
|
||
\usepackage{titlesec}
|
||
\usepackage{tikz}
|
||
\usepackage{indentfirst}
|
||
\usepackage{datetime2}
|
||
\usepackage{geometry,lscape}
|
||
\usepackage{enumitem}
|
||
\usepackage{multicol,multirow}
|
||
\usepackage{float,adjustbox}
|
||
\usepackage{fontawesome}
|
||
\usepackage{longtable}
|
||
\usepackage{tikz}
|
||
\usepackage{hyperref}
|
||
\usetikzlibrary{mindmap,trees}
|
||
\input{fancy-listings-preamble}
|
||
|
||
\titlelabel{\thetitle. \quad}
|
||
\setcounter{tocdepth}{1}
|
||
|
||
\babelfont{rm}{PT Astra Serif}
|
||
\babelfont{sf}{PT Astra Serif}
|
||
\babelfont{tt}{PT Mono}
|
||
\graphicspath{{./pics/}}
|
||
|
||
\newcounter{slidenum}
|
||
\setcounter{slidenum}{1} % set to 2 if want to exclude title page of presentation
|
||
|
||
\newcommand{\showslide}[1]{
|
||
\noindent\makebox[\linewidth]{\rule{.90\paperwidth}{1.4pt}}
|
||
\begin{center}
|
||
\framebox{\includegraphics[page=\arabic{slidenum},width=.85\textwidth]{#1}}
|
||
\stepcounter{slidenum}
|
||
\end{center}
|
||
}
|
||
\newcommand\hrf[1]{\hyperref[#1]{\ref{#1}}}
|
||
\newcommand\hRf[1]{\hyperref[#1]{\nameref{#1}}}
|
||
\newcommand{\wordcount}{\input{/tmp/wordcount.tex}}
|
||
\newcommand{\code}[1]{\small{\texttt{\detokenize{#1}}}\normalsize}
|
||
\renewcommand\labelitemi{\textemdash}
|
||
\newenvironment{frm}
|
||
{ \begin{center} \begin{tabular}{|p{0.9\textwidth}|} \hline\\ }
|
||
{ \\\\\hline \end{tabular} \end{center} }
|
||
|
||
\fancypagestyle{plain}{
|
||
\setlength{\headheight}{33pt}
|
||
\fancyhf{}
|
||
\lhead{\includegraphics[height=5mm]{logo.png}}
|
||
\rhead{И.И. Овчинников \\ \href{https://t.me/ivanigorevichfeed}{Telegram: ivanigorevichfeed}}
|
||
\chead{\thepage}
|
||
\cfoot{\faRocket}
|
||
\rfoot{Всего слов: \wordcount}
|
||
}
|
||
|
||
\geometry{
|
||
left=2cm,
|
||
right=1cm,
|
||
top=2cm,
|
||
bottom=2cm
|
||
}
|
||
|
||
\title{Специализация Java}
|
||
\author{Иван Игоревич Овчинников}
|
||
\date{\today{} (\DTMcurrenttime)}
|
||
|
||
\setlist{nolistsep}
|
||
\setlist[itemize]{leftmargin=10mm}
|
||
\setlist[enumerate]{leftmargin=10mm}
|
||
\usepackage{subfiles}
|
||
|
||
|
||
\begin{document}
|
||
\maketitle
|
||
\tableofcontents
|
||
\pagestyle{plain}
|
||
|
||
\chapter{Java Core}
|
||
|
||
\section{Платформа: история и окружение}
|
||
\subsection*{Конспект лекции}
|
||
\subsubsection{Краткая история (причины возникновения)}
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Язык создавали для разработки встраиваемых систем, сетевых приложений и прикладного ПО;
|
||
\item Популярен из-за скорости исполнения и полного абстрагирования от исполнителя кода;
|
||
\item Часто используется для программирования бэк-энда веб-приложений из-за изначальной нацеленности на сетевые приложения.
|
||
\end{itemize}
|
||
\begin{figure}[H]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width=17cm]{jc-01-tiobe.png}
|
||
\caption{График популярности языков программирования TIOBE}
|
||
\label{pic:java-in-tiobe}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\subsubsection{Базовый инструментарий, который понадобится (выбор IDE)}
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item NetBeans - хороший, добротный инструмент с лёгким ностальгическим оттенком;
|
||
\item Eclipse - для поклонников Eclipse Foundation и швейцарских ножей с полусотней лезвий;
|
||
\item IntelliJ IDEA - стандарт де-факто, используется на курсе и в большинстве современных компаний;
|
||
\item Android Studio - если заниматься мобильной разработкой.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\subsubsection{Что нужно скачать, откуда (как выбрать вендора, выбор версии)}
|
||
Для разработки понадобится среда разработки (IDE) и инструментарий разработчика (JDK). JDK выпускается несколькими поставщиками, большинство из них бесплатны и полнофункциональны, то есть поддерживают весь функционал языка и платформы.
|
||
|
||
В последнее время, с развитием контейнеризации приложений, часто устанавливают инструментарий в Docker-контейнер и ведут разработку прямо в контейнере, это позволяет не захламлять компьютер разработчика разными версиями инструментария и быстро разворачивать свои приложения в CI или на целевом сервере.
|
||
\begin{frm}
|
||
В общем случае, для разработки на любом языке программирования нужны так называемые SDK (Software Development Kit, англ. - инструментарий разработчика приложений или инструментарий для разработки приложений). Частный случай такого SDK - инструментарий разработчика на языке Java - Java Development Kit.
|
||
\end{frm}
|
||
На курсе будет использоваться BellSoft Liberica JDK 11, но возможно использовать и других производителей, например, самую распространённую Oracle JDK. Производителя следует выбирать из требований по лицензированию, так, например, Oracle JDK можно использовать бесплатно только в личных целях, за коммерческую разработку с использованием этого инструментария придётся заплатить.
|
||
|
||
Также возможно использовать и другие версии, но не старше 1.8. Это обосновано тем, что основные разработки на данный момент только начинают обновлять инструментарий до более новых версий (часто 11 или 13) или вовсе переходят на другие JVM-языки, такие как Scala, Groovy или Kotlin.
|
||
|
||
Для решения некоторых несложных задач курса мы будем писать простые приложения, не содержащие ООП, сложных взаимосвязей и проверок, в этом случае нам понадобится Jupyter notebook с установленным ядром (kernel) IJava.
|
||
|
||
\subsubsection{Из чего всё состоит (JDK, JRE, JVM и их друзья)}
|
||
TL;DR:
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item JDK = JRE + инструменты разработчика;
|
||
\item JRE = JVM + библиотеки классов;
|
||
\item JVM = Native API + механизм исполнения + управление памятью.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
Как именно всё работает? Если коротко, то слой за слоем накладывая абстракции. Программы на любом языке программирования исполняются на компьютере, то есть, так или иначе, задействуют процессор, оперативную память и прочие аппаратурные компоненты. Эти аппаратурные компоненты предоставляют для доступа к себе низкоуровневые интерфейсы, которые задействует операционная система, предоставляя в свою очередь интерфейс чуть проще программам, взаимодействующим с ней. Этот интерфейс взаимодействия с ОС мы для простоты будем называть Native API.
|
||
|
||
С ОС взаимодействует JVM, то есть, используя Native API, нам становится всё равно, какая именно ОС установлена на компьютере, главное уметь выполняться на JVM. Это открывает простор для создания целой группы языков, они носят общее бытовое название JVM-языки, к ним относят Scala, Groovy, Kotlin и другие. Внутри JVM осуществляется управление памятью, существует механизм исполнения программ, специальный JIT\footnote{JIT, just-in-time - англ. в\'{о}время, прямо сейчас}-компилятор, генерирующий платформенно-зависимый код.
|
||
|
||
JVM для своей работы запрашивает у ОС некоторый сегмент оперативной памяти, в котором хранит данные программы. Это хранение происходит «слоями»:
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Eden Space (heap) – в этой области выделятся память под все создаваемые из программы объекты. Большая часть объектов живёт недолго (итераторы, временные объекты, используемые внутри методов и т.п.), и удаляются при выполнении сборок мусора это области памяти, не перемещаются в другие области памяти. Когда данная область заполняется (т.е. количество выделенной памяти в этой области превышает некоторый заданный процент), сборщик мусора выполняет быструю (minor collection) сборку. По сравнению с полной сборкой, она занимает мало времени, и затрагивает только эту область памяти, а именно, очищает от устаревших объектов Eden Space и перемещает выжившие объекты в следующую область.
|
||
\item Survivor Space (heap) – сюда перемещаются объекты из предыдущей области после того, как они пережили хотя бы одну сборку мусора. Время от времени долгоживущие объекты из этой области перемещаются в Tenured Space.
|
||
\item Tenured (Old) Generation (heap) — Здесь скапливаются долгоживущие объекты (крупные высокоуровневые объекты, синглтоны, менеджеры ресурсов и прочие). Когда заполняется эта область, выполняется полная сборка мусора (full, major collection), которая обрабатывает все созданные JVM объекты.
|
||
\item Permanent Generation (non-heap) – Здесь хранится метаинформация, используемая JVM (используемые классы, методы и т.п.).
|
||
\item Code Cache (non-heap) — эта область используется JVM, когда включена JIT-компиляция, в ней кешируется скомпилированный платформенно-зависимый код.
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
JVM самостоятельно осуществляет сборку так называемого мусора, что значительно облегчает работу программиста по отслеживанию утечек памяти, но важно помнить, что в Java утечки памяти всё равно существуют, особенно при программировании многопоточных приложений.
|
||
|
||
\begin{figure}[H]
|
||
\centering
|
||
\def\svgwidth{150mm}
|
||
\input{pics/jc-01-jvm-struct.pdf_tex}
|
||
\label{jvm:structure}
|
||
\caption{принцип работы JVM}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
На пользовательском уровне важно не только исполнять базовые инструкции программы, но чтобы эти базовые инструкции умели как-то взаимодействовать со внешним миром, в том числе другими программами, поэтому JVM интегрирована в JRE - Java Runtime Environment. JRE - это набор из классов и интерфейсов, реализующих
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item возможности сетевого взаимодействия;
|
||
\item рисование графики и графический пользовательский интерфейс;
|
||
\item мультимедиа;
|
||
\item математический аппарат;
|
||
\item наследование и полиморфизм;
|
||
\item рефлексию;
|
||
\item ... многое другое.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
Java Development Kit является изрядно дополненным специальными Java приложениями SDK. JDK дополняет JRE не только утилитами для компиляции, но и утилитами для создания документации, отладки, развёртывания приложений и многими другими. В таблице \ref{table:jdk-contents} на странице \pageref{table:jdk-contents}, приведена примерная структура и состав JDK и JRE, а также указаны их основные и наиболее часто используемые компоненты из состава Java Standard Edition. Помимо стандартной редакции существует и Enterprise Edition, содержащий компоненты для создания веб-приложений, но JEE активно вытесняется фреймворками Spring и Spring Boot.
|
||
|
||
\begin{table}[H]
|
||
\centering
|
||
\begin{adjustbox}{angle=90}
|
||
\begin{tabular}{|l|ll|llllllll|}
|
||
\cline{1-1} \cline{4-11}
|
||
\multirow{15}{*}{\rotatebox[origin=c]{270}{Java Development Kit }} & & & \multicolumn{8}{l|}{Language} \\ \cline{4-11}
|
||
& & & \multicolumn{1}{l|}{\multirow{3}{23mm}{tools + tools api}} & \multicolumn{1}{l|}{javac} & \multicolumn{1}{l|}{java} & \multicolumn{1}{l|}{javadoc} & \multicolumn{1}{l|}{javap} & \multicolumn{1}{l|}{jar} & \multicolumn{2}{l|}{JPDA} \\ \cline{5-11}
|
||
& & & \multicolumn{1}{l|}{} & \multicolumn{1}{l|}{JConsole} & \multicolumn{1}{p{23mm}|}{JavaVisualVM} & \multicolumn{1}{l|}{JMC} & \multicolumn{1}{l|}{JFR} & \multicolumn{1}{l|}{Java DB} & \multicolumn{1}{l|}{Int'l} & JVM TI \\ \cline{5-11}
|
||
& & & \multicolumn{1}{l|}{} & \multicolumn{1}{l|}{IDL} & \multicolumn{1}{l|}{Troubleshoot} & \multicolumn{1}{l|}{Security} & \multicolumn{1}{l|}{RMI} & \multicolumn{1}{l|}{Scripting} & \multicolumn{1}{l|}{Web services} & Deploy \\ \cline{2-2} \cline{4-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{\multirow{11}{*}{\rotatebox[origin=c]{270}{Java Runtime Environment }}} & & \multicolumn{1}{l|}{deployment} & \multicolumn{4}{l|}{Java Web} & \multicolumn{3}{l|}{Applet/Java plug-in} \\ \cline{3-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & \multirow{10}{*}{\rotatebox[origin=c]{270}{Java Standard Edition }} & \multicolumn{1}{l|}{\multirow{2}{*}{UI toolkit}} & \multicolumn{2}{l|}{Swing} & \multicolumn{2}{l|}{Java 2D} & \multicolumn{1}{l|}{AWT} & \multicolumn{2}{l|}{Accessibility} \\ \cline{5-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{} & \multicolumn{2}{l|}{Drag'n'Drop} & \multicolumn{2}{l|}{Input Methods} & \multicolumn{1}{l|}{Image I/O} & \multicolumn{1}{l|}{Print Service} & Sound \\ \cline{4-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{p{23mm}|}{Integration libraries} & \multicolumn{1}{l|}{IDL} & \multicolumn{1}{l|}{JDBC} & \multicolumn{1}{l|}{JNDI} & \multicolumn{1}{l|}{RMI} & \multicolumn{1}{l|}{RMI-IIOP} & \multicolumn{2}{l|}{Scripting} \\ \cline{4-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{\multirow{3}{23mm}{Other base libraries}} & \multicolumn{2}{l|}{Override Mechanism} & \multicolumn{2}{l|}{Intl Support} & \multicolumn{2}{l|}{Input/Output} & JMX \\ \cline{5-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{} & \multicolumn{2}{l|}{XML JAXP} & \multicolumn{2}{l|}{Math} & \multicolumn{2}{l|}{Networking} & Beans \\ \cline{5-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{} & \multicolumn{2}{l|}{Security} & \multicolumn{2}{l|}{Serialization} & \multicolumn{2}{l|}{Extension Mechanism} & JNI \\ \cline{4-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{\multirow{3}{23mm}{Java lang and util base libs}} & \multicolumn{1}{l|}{JAR} & \multicolumn{1}{l|}{Lang and util} & \multicolumn{2}{l|}{Ref Objects} & \multicolumn{2}{l|}{Preference API} & Reflection \\ \cline{5-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{} & \multicolumn{1}{l|}{Zip} & \multicolumn{1}{l|}{Management} & \multicolumn{2}{l|}{Instrumentation} & \multicolumn{2}{l|}{Stream API} & Collections \\ \cline{5-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{} & \multicolumn{1}{l|}{Logging} & \multicolumn{1}{p{23mm}|}{Regular Expressions} & \multicolumn{2}{p{23mm}|}{Concurrency Utilities} & \multicolumn{2}{l|}{Datetime} & Versioning \\ \cline{4-11}
|
||
& \multicolumn{1}{l|}{} & & \multicolumn{1}{l|}{JVM} & \multicolumn{7}{l|}{Java Hot Spot VM (JIT)} \\ \hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\end{adjustbox}
|
||
\label{table:jdk-contents}
|
||
\caption{Общее представление состава JDK}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\subsubsection{Структура проекта (пакеты, классы, метод main, комментарии)}
|
||
Проекты могут быть любой сложности. Часто структуру проекта задаёт сборщик проекта, предписывая в каких папках будут храниться исходные коды, исполняемые файлы, ресурсы и документация. Без их использования необходимо задать структуру самостоятельно.
|
||
|
||
\textbf{Простейший проект} состоит из файла исходного кода, который возможно скомпилировать и запустить как самостоятельный объект.
|
||
|
||
Файл \code{Main.java} в этом случае может иметь следующий, минималистичный вид
|
||
\begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle]
|
||
public class Main {
|
||
public static void main(String[] args) {
|
||
System.out.println("Hello, world!");
|
||
}
|
||
}
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
А скомпилировать и запустить его возможно без использования тяжеловесных сред разработки, введя в командной строке ОС две команды.
|
||
\begin{lstlisting}[style=ASMStyle]
|
||
ivan-igorevich@gb sources % ls
|
||
Main.java
|
||
ivan-igorevich@gb sources % javac Main.java
|
||
ivan-igorevich@gb sources % ls
|
||
Main.class Main.java
|
||
ivan-igorevich@gb sources % java Main
|
||
Hello, world!
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
\textbf{Обычный проект} состоит из пакетов, которые содержат классы, которые в свою очередь как-то связаны между собой и содержат код, который исполняется.
|
||
|
||
\subsubsection{Отложим мышки в сторону (CLI: сборка, пакеты, запуск)}
|
||
\subsubsection{Документирование (Javadoc)}
|
||
|
||
\subsection*{Задания к семинару}
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Скомпилировать проект из трёх классов, находящихся в двух пакетах, а также создать для этого проекта стандартную веб-страницу с документацией
|
||
\end{itemize}
|
||
\subsection*{Сценарий лекции}
|
||
%\subfile{scenarios/jc-1-c}
|
||
|
||
|
||
\section{Управление проектом: сборщики проектов}
|
||
Управление проектом: Jar-файлы; Gradle/Maven: зависимости, выгрузка артефакта, публичные репозитории, свойства проекта, приватные репозитории (хостинг); Bazel
|
||
\subsection*{Задания к семинару}
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Создать загружаемый артефакт с функцией суммирования двух чисел и загрузить его в локальный кэш артефактов;
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\section{Специализация: данные и функции}
|
||
Базовые функции языка: математические операторы, условия, циклы, бинарные операторы; Данные: типы, преобразование типов, константы и переменные (примитивные, ссылочные), бинарное представление, массивы (ссылочная природа массивов, индексация, манипуляция данными); Функции: параметры, возвращаемые значения, перегрузка функций;
|
||
\subsection*{Задания к семинару}
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Написать как можно больше вариантов функции инвертирования массива единиц и нулей за 15 минут (без ветвлений любого рода);
|
||
\item Сравнить без условий две даты, представленные в виде трёх чисел гггг-мм-дд;
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\section{Специализация: ООП}
|
||
Инкапсуляция: Классы и объекты (внутренние классы, вложенные классы, static, private/public, final, интерфейс взаимодействия с объектом), перечисления (создание, конструкторы перечислений, объекты перечислений, дополнительные свойства); Наследование: extends, Object (глобальное наследование), protected, преобразование типов, final; Полиморфизм: override, abstract, final;
|
||
%\subfile{scenarios/jc-4}
|
||
|
||
\section{Специализация: Тонкости работы}
|
||
Файловая система и представление данных; Пакеты \code{java.io}, \code{java.nio}, \code{String}, \code{StringBuilder}, string pool, ?JSON/XML?
|
||
|
||
|
||
|
||
\chapter{Java Development Kit}
|
||
\section{Исключения}
|
||
Механизм и понятие, введение в \textbf{многопоточность}, throw; Наследование и полиморфизм в исключениях; Способы обработки исключений (try/catch, throws, finally); try-with-resources, штатные и нештатные ситуации
|
||
|
||
\section{Интерфейсы}
|
||
Понятие и принцип работы, implements; Наследование и множественное наследование интерфейсов; Значения по-умолчанию
|
||
|
||
\section{Обобщённое программирование}
|
||
|
||
\section{Коллекции}
|
||
List, Set; Хэш-код, интерфейс Comparable; Map, Object (Использование методов, Переопределение методов); Итераторы, \textbf{Многопоточные} коллекции
|
||
|
||
\section{Многопоточность}
|
||
Понятие, Принцип (реальная и псевдопараллельность); Runnable, Thread (Свойства, Особенности создания); Deadlock, Состояние гонки, Object (Ожидание/уведомление); Синхронизация (Синхронизация по монитору, Частичная, по классу)
|
||
|
||
\section{Графический интерфейс пользователя}
|
||
GUI (Swing): Окна и свойства окон, \textbf{Многопоточность} и абстргирование асинхронных вызовов; менеджеры размещений и проведение параллелей с веб-фреймворками, разделение на фронт-энд и бэк-энд; JPanel и рисование, Обработка действий пользователя
|
||
|
||
|
||
\chapter{Java Junior}
|
||
\section{JDBC}
|
||
|
||
\section{Сетевое программирование}
|
||
Socket, ServerSocket, Многопоточность, абстрагирование сетевого взаимодействия, интерфейсы
|
||
|
||
\section{Введение в архитектуры приложений на Java}
|
||
клиент-серверы, веб-приложения, сервлеты, толстые и тонкие клиенты, выделение бизнес-логики и хранения, создание общих пространств и модульность проекта
|
||
|
||
\section{Сериализация, StreamAPI, ReflectionAPI}
|
||
|
||
\section{Введение в Java EE}
|
||
|
||
\section{Введение в Spring framework}
|
||
|
||
|
||
\chapter{Java Junior+}
|
||
|
||
\end{document}
|
||
|