Giáo trình được biên soạn nhằm hỗ trợ tài liệu cho học sinh, sinh viên học môn Lập trình Java. Giáo trình gồm bốn phần chính giới thiệu về lịch sử java, các khái niệm cơ bản trong java, thiết kế giao diện và lập trình cơ sở dữ liệu với ngôn ngữ java. Phần mềm được dùng để học ngôn ngữ Java là NetBean được sử dụng trong giáo trình này.
TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH JAVA
Lịch sử ra đời của java
Java là một ngôn ngữ lập trình và là một nền tảng Java là một ngôn ngữ cấp cao, mạnh mẽ, hướng đối tượng và an toàn
Vào năm 1991, ngôn ngữ lập trình Java, ban đầu mang tên Oak, được phát triển bởi tập đoàn Sun Microsystems và được kế thừa từ C/C++ James Gosling là người sáng lập ra ngôn ngữ này.
Năm 1995, ngôn ngữ lập trình Oak được đổi tên thành Java do vấn đề bản quyền nhãn hiệu Tên gọi Java bắt nguồn từ hòn đảo Java của Indonesia, nổi tiếng với cà phê Peet và các đồ uống yêu thích của các kỹ sư tại Sun.
Năm 2010, hãng Oracle đã mua lại Sun Microsystem
Nền tảng đề cập đến môi trường phần cứng hoặc phần mềm mà chương trình hoặc phần mềm hoạt động Java được coi là nền tảng vì nó bao gồm môi trường runtime (JRE) và API, cho phép các ứng dụng chạy hiệu quả.
Đặc điểm ngôn ngữ lập trình Java
Ngôn ngữ Java có các đặc trưng:
Java đã trở nên đơn giản hơn nhờ loại bỏ các yếu tố phức tạp như con trỏ, toán tử và phương thức nạp chồng, điều này giúp lập trình viên dễ dàng hơn trong việc phát triển ứng dụng so với C++ và các ngôn ngữ lập trình khác.
Mọi thứ trong thế giới xung quanh đều được xem là các đối tượng khác nhau, mỗi đối tượng sở hữu những thuộc tính riêng biệt Tất cả các hoạt động diễn ra đều liên quan đến việc sử dụng các đối tượng này, tạo nên sự tương tác và kết nối trong hệ thống.
Java là một ngôn ngữ lập trình độc lập với nền tảng, cho phép các ứng dụng được phát triển trên một hệ điều hành có thể dễ dàng chuyển giao và hoạt động trên các hệ điều hành khác mà không gặp phải vấn đề tương thích.
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 8
– Mạnh mẽ: Java có một hệ thống quản lý bộ nhớ mạnh Nó giúp loại bỏ lỗi vì nó kiểm tra Code trong quá trình biên dịch và runtime
Bảo mật là yếu tố quan trọng trong quá trình phát triển ứng dụng, khi tất cả mã được chuyển đổi sang byteCode sau biên dịch, giúp ngăn chặn việc đọc hiểu bởi con người Các chương trình được chạy trong môi trường Sandbox, đảm bảo rằng mọi hoạt động từ các nguồn không đáng tin cậy đều bị chặn lại Điều này cho phép phát triển các hệ thống và ứng dụng an toàn, không có virus hay hành vi giả mạo.
Java hỗ trợ phát triển ứng dụng phân tán thông qua tính năng gọi phương thức từ xa (RMI), cho phép một chương trình gọi và nhận đầu ra từ phương thức của chương trình khác Điều này giúp người dùng truy cập các tệp tin từ bất kỳ máy nào trên internet một cách dễ dàng.
Java hỗ trợ đa luồng, cho phép thực thi nhiều luồng đồng thời và cung cấp các nguyên hàm đồng bộ hóa, giúp lập trình với các chủ đề trở nên dễ dàng hơn.
Linh hoạt là khả năng thích ứng với môi trường phát triển, giúp tối ưu hóa việc cấp phát bộ nhớ động, từ đó giảm lãng phí bộ nhớ và nâng cao hiệu suất ứng dụng.
Java đạt hiệu suất cao nhờ vào việc sử dụng byteCode, cho phép dễ dàng chuyển đổi sang mã máy Sự hỗ trợ của các trình biên dịch JIT (Just-In-Time) giúp tối ưu hóa hiệu năng của Java, mang lại tốc độ thực thi vượt trội.
– Thông dịch: Java được biên dịch thành byteCode, được thông dịch bởi môi trường Java run-time.
Các công nghệ của Java
JVM là máy ảo giúp máy tính chạy các chương trình Java Đây là môi trường giúp cho byteCode java có thể thực thi
Máy ảo Java (JVM) là một cỗ máy trừu tượng cung cấp môi trường thời gian chạy cho mã byte Java, cho phép thực thi mã này trên nhiều nền tảng khác nhau.
– Specification: Đây là một tài liệu mô tả việc triển khai máy ảo Java Nó được cung cấp bởi Sun và các công ty khác
– Implementation (Triển khai): Đây là một chương trình đáp ứng các yêu cầu của đặc tả JVM
– Instance Runtime: Một thể hiện của JVM được tạo bất cứ khi nào bạn viết lệnh java trên dấu nhắc lệnh và chạy các lớp
JRE (Java Runtime Environment) là môi trường cần thiết để thực thi byteCode Nó hoạt động như một trình triển khai của JVM và cung cấp các lớp cần thiết cho quá trình này.
JRE (Java Runtime Environment) là gói phần mềm cần thiết để chạy các chương trình Java, bao gồm các thư viện và file mà JVM (Java Virtual Machine) sử dụng.
3 JDK (Bộ phát triển Java) Đây là công cụ cần thiết để:
– Đóng gói chương trình Java
JDK bao gồm JRE và các công cụ phát triển cần thiết cho lập trình viên Java Bộ công cụ này được cung cấp miễn phí và bao gồm trình thông dịch, trình biên dịch (javac), trình lưu trữ (jar), trình tạo tài liệu (Javadoc) cùng với nhiều công cụ khác Tóm lại, JDK là bộ công cụ phát triển toàn diện cho Java, kết hợp JRE và các công cụ hỗ trợ lập trình.
Các ứng dụng của Ngôn ngữ lập trình Java
Sử dụng lập trình ngôn ngữ Java để tạo ra 4 loại ứng dụng sau:
1) Standalone Application Ứng dụng Standalone là các ứng dụng dành cho desktop hoặc ứng dụng dựa trên hệ điều hành window Các phần mềm này cần phải được cài vào trên mỗi máy tính Ví dụ cho ứng dụng Standalone là Media player, antivirus, etc AWT and Swing trong Java được dùng để tạo ứng dụng standalone
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 10
Web applications are dynamic applications that run on servers Currently, technologies such as Servlet, JSP, Struts, Spring, Hibernate, and JSF are utilized to develop these web applications.
Ứng dụng doanh nghiệp, hay còn gọi là Enterprise applications, là những phần mềm được triển khai trong các hoạt động kinh doanh như ứng dụng ngân hàng Chúng mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm bảo mật cao, khả năng cân bằng tải và phân cụm Trong lập trình Java, EJB (Enterprise JavaBeans) được sử dụng để phát triển các ứng dụng doanh nghiệp hiệu quả.
Mobile applications are designed specifically for mobile devices Currently, Android and Java ME are the primary platforms used for developing mobile applications.
Java Core API - Môi trường làm việc của java
API, viết tắt của Giao diện Lập trình Ứng dụng, là các phương thức và giao thức kết nối với thư viện và ứng dụng khác Nó cho phép truy xuất đến một tập hợp các hàm thường dùng, từ đó hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng một cách hiệu quả.
API có các loại sau:
Web API là hệ thống API quan trọng trong các website, cho phép kết nối, truy xuất và cập nhật dữ liệu từ cơ sở dữ liệu Hầu hết các trang web hiện nay sử dụng Web API để tích hợp các chức năng như đăng nhập thông qua Google, Facebook, Twitter hay Github Ngoài ra, các ứng dụng di động cũng thường xuyên lấy dữ liệu thông qua API, giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
Hệ điều hành Windows và Linux cung cấp nhiều API với tài liệu chi tiết về các hàm, phương thức và giao thức kết nối Điều này hỗ trợ lập trình viên trong việc phát triển ứng dụng có khả năng tương tác trực tiếp với hệ điều hành.
API của thư viện phần mềm hoặc framework định nghĩa các hành động mà thư viện cung cấp, cho phép các chương trình viết bằng ngôn ngữ khác nhau tương tác với nhau Một API có thể được triển khai theo nhiều cách khác nhau, ví dụ như bạn có thể sử dụng PHP để yêu cầu một thư viện tạo file PDF được viết bằng C++.
Cài đặt và hướng dẫn sử dụng NetBeans
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 11
NetBeans IDE là một công cụ lập trình mã nguồn mở miễn phí, nổi bật nhất hiện nay, chủ yếu phục vụ cho các lập trình viên Java Tuy nhiên, phần mềm này yêu cầu máy tính có cấu hình cao với RAM và CPU tương đối mạnh để hoạt động hiệu quả.
NetBeans IDE là một môi trường phát triển tích hợp quan trọng cho lập trình viên, hỗ trợ đa nền tảng như Linux, Windows và MacOS Là mã nguồn mở, NetBeans cung cấp các tính năng thiết yếu để phát triển ứng dụng web, di động và desktop Tương tự như Eclipse, NetBeans IDE hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình, bao gồm Python, Ruby, JavaScript, Groovy, C/C++ và PHP.
Công cụ lập trình NetBeans IDE đã được cập nhật lên phiên bản 8.2 mới nhất, mang đến nhiều thay đổi và nâng cấp đáng chú ý so với các phiên bản cũ.
Nâng cao ngôn ngữ lập trình C và C++
Nâng cấp, cải tiến các công cụ soạn thảo Profiler và Java
ECMAScript 6 và hỗ trợ thử nghiệm ECMAScript 7
Để cài đặt NetBeans IDE, bạn cần phải cài đặt và cấu hình JDK trên máy tính trước NetBeans IDE cung cấp nhiều gói khác nhau, cho phép người dùng tải về từng phần tùy theo nhu cầu và tiết kiệm dung lượng Hãy nâng cấp và cải tiến HTML 5 và Javascript để tối ưu hóa trải nghiệm lập trình của bạn.
NetBeans IDE, giống như Notepad++, cung cấp gợi ý cú pháp tốt và nhiều tính năng hữu ích như tự động căn chỉnh mã nguồn, hỗ trợ Remote FTP và SVN Đây là một môi trường phát triển quan trọng cho lập trình viên Nếu bạn đang sử dụng NetBeans IDE, hãy tải thêm Notepad++ để tạo ra bộ đôi soạn thảo văn bản lập trình hiệu quả và thông minh.
Tải phần mềm về máy tại https://netbeans.org/downloads/8.2/rc/
Hướng dẫn cài đặt NetBeans xem tại https://freetuts.net/huong-dan-cai-dat-va-cau-hinh-netbeans-ide-chi-tiet-1210.html
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 12
LẬP TRÌNH CƠ BẢN VỚI JAVA
Kiến trúc Java
Java khác với các ngôn ngữ lập trình khác ở chỗ nó biên dịch mã nguồn thành bytecode thay vì mã máy Bytecode này sau đó được môi trường thực thi chạy, cho phép Java hoạt động trên nhiều nền tảng khác nhau.
Ví dụ: tạo tập tin LapTrinhJava.java có nội dung mã sau
Hình 2.1: Ví dụ nội dung cơ bản của tập tin Java
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 13 hotec: tên gói (package) chứa lớp, cần sử dụng ký tự thường và dấu chấm khi đặt tên gói Package có thể được coi như một thư mục, trong khi lớp (class) tương tự như một tệp tin.
Tên lớp trong Java phải trùng với tên tệp tin và viết hoa ký tự đầu của mỗi từ Phương thức main() là điểm khởi đầu cho chương trình, và trong một lớp có thể có nhiều phương thức, nhưng chỉ có một phương thức main() được gọi tự động khi ứng dụng được khởi động.
Khi sử dụng lệnh javac trên tập tin LapTrinhJava.java, một tập tin class dạng bytecode sẽ được tạo ra thông qua quá trình biên dịch Để tập tin class có thể thực thi, cần có môi trường thực thi Java Virtual Machine (JVM), nơi sẽ thông dịch bytecode và chuyển đổi thành mã máy có thể chạy trên các hệ điều hành khác nhau.
JVM tải toàn bộ lớp (class) lên RAM, bao gồm cả lớp từ tập tin và lớp thư viện cần thiết để khởi tạo ứng dụng Sau đó, bytecode verifier kiểm tra tính hợp lệ của bytecode vừa tạo Cuối cùng, JVM thông dịch bytecode sang mã máy và thực thi.
Java thông dịch bytecode, dẫn đến việc các thao tác lặp đi lặp lại như các class common hay util phải được thông dịch mỗi khi chạy, gây ra sự chậm chạp cho ứng dụng Để khắc phục điều này, Just In Time Compiler (JIT Compiler) được ra đời, cho phép biên dịch các bytecode đã được thực thi trong JVM và lưu trữ chúng vào cache Khi các lệnh đã được thực thi trước đó được gọi lại, chúng sẽ được truy cập từ cache trong JIT Compiler, giúp tiết kiệm tài nguyên và thời gian thực thi.
Các kiểu dữ liệu
Kiểu dữ liệu chia làm hai nhóm:
- Kiểu dữ liệu cơ sở gồm có byte, short, int, long, float, double, boolean and char
- Kiểu dữ liệu không cơ sở String, Arrays and Classes
Kiểu dữ liệu Kích thước Khả năng lưu trữ byte 1 byte -128 đến 127 short 2 bytes -32,768 đến 32,767 int 4 bytes -2,147,483,648 đến
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 14
Số liệu trong lập trình bao gồm nhiều kiểu dữ liệu khác nhau Ví dụ, kiểu float chiếm 4 byte và lưu trữ từ 6 đến 7 ký số thập phân, trong khi kiểu double chiếm 8 byte và có khả năng lưu trữ 15 ký số thập phân Kiểu boolean chỉ sử dụng 1 bit để biểu diễn giá trị true hoặc false, và kiểu char chiếm 2 byte để lưu trữ 1 ký tự hoặc giá trị trong bảng ASCII Việc ép kiểu dữ liệu có thể thực hiện theo hai hình thức: ép kiểu tự động, thường áp dụng cho các kiểu dữ liệu cơ sở, và ép kiểu tường minh Ép kiểu dữ liệu cơ sở diễn ra theo thứ tự byte.
short char int long float double Ép kiểu tường mình là cần phải khai báo
Ví dụ: int x = 3; double y=7.8; y = x;//ép kiểu tự động x=(int)y;//ép kiểu tường minh, phần thập phân sẽ bị bỏ
Các toán tử
Bảng 2.2: Toán tử số học
Toán tử Diễn giải Ví dụ
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 15
Bảng 2.3: Toán tử so sánh
Toán tử Diễn giải Ví dụ
Toán tử luận lý (logic)
Bảng 2.4: Toán tử luận lý
Toán tử Diễn giải Ví dụ
Toán tử điều kiện là toán tử 3 ngôi duy nhất trong ngôn ngữ Java
? :
Nếu biểu thức có giá trị là true thì kết quả của biểu thức là , ngược lại là
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 16
Ví dụ: tìm số lớn nhất của 2 số a và b int a = 1, b = 9; int max = a > b ? a : b;
Các cấu trúc điều khiển
Cú pháp: if (biểu thức điều kiện 1){
} else if (biểu thức điều kiện 2){
Chương trình sẽ kiểm tra các điều kiện từ 1 đến N-1; nếu điều kiện đầu tiên i có giá trị true, nó sẽ thực hiện công việc tương ứng với i Ngược lại, chương trình sẽ thực hiện công việc N.
Ví dụ 1: Xét điểm trung bình Nếu lớn hơn 5 thì thông báo “Đậu” double dtb= 7; if(dtb>=5)
Trong ví dụ 1, nếu dtb nhỏ hơn 5 thì không xuất bất kỳ thông báo gì ra màn hình
Ví dụ 2: Xét điểm trung bình Nếu lớn hơn 5 thì thông báo “Đậu”, ngược lại thì thông báo “Rớt” double dtb= 4; if(dtb>=5)
Hình 2.2: Kết quả Ví dụ
Hình 2.3: Kết quả ví dụ
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 17 else
Ví dụ 3: Viết chương trình tính thuế thu nhập Giả sử thu nhập gồm lương và thưởng Thuế thu nhập được tính như sau:
Bậc thuế Phần thu nhập tính thuế/tháng (triệu đồng) Thuế suất (%)
Cú pháp switch (biểu thức điều kiện)
// khối lệnh 1 break; case giá trị 2:
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 18
} Ý nghĩa: switch là các trường hợp xảy ra của một biểu thức điều kiện
Biểu thức switch so sánh giá trị với các case; nếu khớp với case nào, sẽ thực hiện công việc tương ứng, ngược lại sẽ thực hiện công việc của default.
Nếu công việc của case không chứa lệnh break thì case tiếp sau sẽ được thực hiện default là tùy chọn
Ví dụ 1: Viết chương trình máy tính cơ bản cho các phép toán +, -, *, / double a = 5, b = 7, c = -1; char phep_toan = “+”; switch(phep_toan){ case “+”: c = a + b; break; case “-”: c = a - b; break; case “*”: c = a + b; case “/”: c = a - b; break; default:
System.out.println(“Vui lòng chọn +, -, x và :”); break; thiếu break
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 19
Ví dụ 2: Nhập tháng và năm, xuất số ngày của tháng đó
- Dùng switch để kiểm tra tháng, xuất ngày theo từng tháng
- Đối với tháng 2, kiểm tra năm có nhuần thì ngày là 29, ngược lại là 28
Ví dụ 3: Viết chương trình tính thuế thu nhập Biết cách tính thuế suất như sau:
Vòng lặp Ý nghĩa: vòng lặp dùng để làm cho một khối lệnh được gọi lại nhiều lần
Cú pháp: for (khởi tạo ; điều kiện; bước nhảy){
Vòng lặp bắt đầu với bước khởi tạo và kết thúc khi điều kiện không còn thỏa mãn Khi điều kiện vẫn được đáp ứng, vòng lặp sẽ tiếp tục thực hiện, với giá trị mới được tính bằng giá trị cũ cộng với bước nhảy.
Ví dụ: Viết chương trình xuất ra số 1 đến 19
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 20 for(int i=1;i= 0 && diem