Giới thiêu về Java

Ngôn ngữ lập trình Java được thiết kế để trở thành một ngôn ngữ không phụ thuộc vào nền tảng (machine-independent). Java có thể chạy trên bất kỳ nền tảng nào miễn là có máy ảo Java (Java Virtual Machine – JVM). Máy ảo Java là một chương trình có thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau mà không cần phải biên dịch lại. Máy ảo Java có thể chạy trên các máy tính, điện thoại, máy tính bảng, máy chủ, … Máy ảo Java có thể được cài đặt trên các hệ điều hành khác nhau như Windows, Linux, Mac OS, …

Java vừa đủ mạnh với nhiều thư viện, tính năng, bảo đảm các sự chặt chẽ, nhưng cũng đồng thời chạy rất nhanh. Java có thể được sử dụng để phát triển các ứng dụng desktop, web, mobile, game, … Java cũng là một trong những ngôn ngữ lập trình được sử dụng nhiều nhất hiện nay.

Điều cần nói

• Q: Tại sao Java ra đời, tại sao cần hướng đối tượng chứ không code hết vào 1 file
• A: Trước khi Java ra đời, các ngôn ngữ lập trình khác như C/C++ đã ra đời. Tuy nhiên, các ngôn ngữ này có một số hạn chế như sau:
  • Các ngôn ngữ này không thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, mà phải biên dịch lại cho từng nền tảng khác nhau. Ví dụ như C++ trên Windows và C++ trên Linux là 2 ngôn ngữ khác nhau, nên phải biên dịch lại.
  • Các ngôn ngữ này không có khái niệm về hướng đối tượng, nên không thể phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp.
  • Cơ chế hướng đối tượng của Java giúp chương trình trở thành các đối tượng làm việc với nhau, giúp cho việc phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp trở nên dễ dàng hơn. (Sẽ nói sâu hơn vào phần sau)

Ba thành phần nền tảng Java không thể thiếu và cách chúng hoạt động cùng nhau trong các ứng dụng Java của bạn. Cụ thể:

• JDK (Java Development Kit – Bộ công cụ phát triển Java)
• JRE (Java Runtime Environment – Môi trường thực thi Java)
• JVM (Java Virtual Machine – Máy ảo Java)

Cách Java thực hiện một đoạn code như sau:

• Với các file code ví dụ là Party.java, nó sẽ được biên dịch bởi trình biên dịch javac trong JDK để tạo ra file Party.class chứa các bytecode.
• Các file .class và các thư viện cần có cho Java sẽ được tổng hợp bởi JRE
• Từ các đoạn mã máy trên, JRE sẽ đưa cho JVM để thực thi, và chạy một “máy ảo” độc lập để thực thi chương trình của chúng ta.

Điều đó nghĩa là, chương trình chúng ta đang chạy “tách biệt” với hệ thống (chạy trong JVM). Vậy nên với Java ta chỉ cần viết một lần, biên dịch một lần và nó có thể chạy ở mọi nền tảng mà JVM hỗ trợ. Khả năng đó được lý giải vì khác với các ngôn ngữ như C hay C++, Java được thiết kế theo nhiều lớp khác nhau để tách biệt giữa chương trình Java và hệ thống.

Java Virtual Machine (JVM)

Không như C/C++ khi mà code được biên dịch thì sẽ tạo thành các mã lệnh được làm cho riêng các vi xử lý khác nhau. Code java đầu tiên được biên dịch thành một dạng tổng quát – bytecode, là ngôn ngữ cho JVM chạy. Sau đó JVM mới chạy thành các ngôn ngữ máy cho nền tảng đó.

Trình tự hoạt động:

• Bạn tạo ra một đoạn code (source) với đuôi .java
• javac compiler biến nó thành 1 file .class
• File .class sẽ được đọc bởi JVM, và chuyển thành bytecode để chạy trên các nền tảng khác nhau.

Điều cần nói

• Tóm lại, Java sẽ không compile code ra thẳng mã máy, mà sẽ compile ra dạng .class đặc biệt, gọi là bytecode. Sau đó, JVM sẽ đọc bytecode này, và chuyển nó thành mã máy để chạy trên nền tảng đó.

Ưu điểm:

• Khả năng độc lập với nền tảng, chỉ cần có JVM là được. Người dùng cuối, thiết bị cuối không cần cài cả bộ mingw như C++, họ chỉ cần JVM (là một phần nhỏ trong bộ JDK để lập trình), tức là bộ chỉ dùng để chạy thôi, và bộ thư viện này có sẵn trên hầu hết các thiết bị hiện nay.
• Do chạy trên máy ảo, nên có tính bảo mật cao hơn, do mỗi chương trình là một máy ảo khác nhau

Nhược điểm:

• Chậm hơn C++, vì phải chạy trên máy ảo. Code không được ra thẳng mã máy để chạy cho nhanh, và phải qua 1 tầng nữa để JVM biên dịch thành mã máy. Ví dụ: các thiết bị Android theo cơ chế này nên chúng thường mở ứng dụng chậm hơn IOS, và dùng tài nguyên nhiều hơn. Tuy nhiên những lần mở sau thì nhanh hơn, vì JVM đã biên dịch thành mã máy rồi, nên chỉ cần chạy mã máy thôi.
• Có thể nói sâu hơn nếu muốn: JVM ngày xưa thì chỉ có cơ chế JIT (Just In Time – vừa đúng lúc), tức là khi nào cần mở ứng dụng thì nó mới biên dịch .class thành mã máy, khi biên dịch nó sẽ tự động tối ưu code, tối giản file, … để lần sau nhanh hơn. Sau này nó có thêm cơ chế AOT (Ahead Of Time – trước thời gian), tức là khi cài đặt ứng dụng, nó sẽ biên dịch luôn thành mã máy, để lần sau mở ứng dụng sẽ nhanh hơn. Tuy nhiên, cơ chế này sẽ làm tăng dung lượng file cài đặt, và cũng làm tăng thời gian cài đặt.

---

Cấu trúc chương trình Java

• Trong file source code, chứa “class” (lớp)
• Mỗi “class” chứa nhiều “method” (hàm) khác nhau.
• Mỗi “method” chứa nhiều “statements” (dòng lệnh) khác nhau.

Ví dụ 1 file class:

``` 

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

```

• Khi một dự án Java chạy, JVM sẽ tìm class bạn để là class đầu tiên khởi chạy, rồi sau đó tìm đến method main để chạy.

public static void main(String[] args) {
   // đây là hàm đầu tiên được chạy
}

2. Bắt đầu với Java

2.0 Sắp xếp các element trong 1 chương trình Java

Element	Mô tả	Bắt buộc có	Để ở đâu
Package	package abc;	Không	Đầu file
Import	import abc;	Không	Sau package
khai báo class	public class abc {	Có	Sau import
khai báo biến	int a;	Không	Bất cứ đâu
khai báo hàm	public void abc() {	Không	Bất cứ đâu

Package là gì:

• Tưởng tượng package như cây thư mục thôi, nó giúp chúng ta phân loại các file code của chúng ta, để dễ quản lý hơn. Ví dụ như chúng ta có 1 project lớn, có 1000 file code, thì chúng ta sẽ phân chúng thành các package nhỏ, ví dụ như package com.company.project1, com.company.project2, … để dễ quản lý hơn.

• Giả dụ ta có cấu trúc thư mục như sau

anhclb
└── anhfirstmeet
    ├── 2020
    │   ├── QuocHung.png
    │   └── PMA.png
    └── 2021
    │   ├── QuocHung.png
    │   └── PMA.png

• Thì chỉ cần nhìn vào đây, có 2 file ảnh QuocHung, nhưng người ta biết ngay là 2 file ảnh khác nhau, vì nó nằm trong 2 thư mục khác nhau. Tương tự, package cũng giúp chúng ta phân loại các file code của chúng ta, để dễ quản lý hơn.
• Ví dụ package thư mục chuyên chứa các class xử lí tác vụ (như java.util), các thư mục chuyên chứa code xử lí thuật toán (như algorithm trong C++)

2.1. Nhập, xuất

Ví dụ đơn giản về nhật xuất trong Java:

import java.util.Scanner;

publicclassSayHelloExample {
    publicstaticvoidmain(String[] args) {
        Scannerscanner=newScanner(System.in);

        System.out.print("Enter your name: ");
        Stringname= scanner.nextLine();

        System.out.println("Hello " + name + "!");
    }
}

Để bắt đầu ta sẽ đến với các hàm xuất:

• System.in.println() để in ra và xuống dòng
• System.in.print() để in nội dung thông thường

Với việc nhập ta sẽ cần khai báo một đối tượng Scanner thuộc package java.util. Sau đó, ta có thể sử dụng các hàm .next(), .nextInt(),… để lấy dữ liệu theo dạng token hoặc .nextLine() để lấy cả dòng.

Bài tập

• Cho số bộ test, mỗi bộ test nhập vào 2 số a, b. In ra a/b làm tròn đến 2 dấu phẩy thập phân theo format như sau:
• Bo test 0001: 1/2 = 0.50
• Bo test 0002: 1/3 = 0.33
• …
• Yêu cầu sử dụng printf

Điều cần nói

• Một chương trình nhập xuất cơ bản như trên cho ta mường tượng về sự hướng đối tượng chặt chẽ của Java
• Ví dụ trong C++, để nhập ta có cin, để xuất có cout, trong Python để xuất có printf, trong C cũng là printf, sao Java lại phải dài tận System.out.printf như vậy ?
• Đó là vì trong Java, mọi thứ đều là đối tượng, nên để xuất ra màn hình, ta phải gọi đến hàm printf của đối tượng System.out. Đây là một trong những điểm khác biệt giữa Java và các ngôn ngữ khác. Điều này thể hiện sự tường minh tuyệt đối
• Ví dụ trong C++ hay Python như trên, cái gì đang in ra ? Hàm in ra được gọi từ hư không, chẳng có gì khởi nguồn cả, còn Java thì không, ta phải gọi đến hàm printf của đối tượng System.out, nó là một đối tượng thực sự, nó có một hàm printf, và ta gọi đến hàm printf của nó. Điều này thể hiện sự tường minh tuyệt đối của Java, mọi thứ đều là đối tượng, không có gì hư không cả.
• Rõ ràng, chương trình bắt đầu với đối tượng là class Example, sau đó nó tự động chạy hàm main và đang giao tiếp với các đối tượng khác, ở đây là Scanner để nhập vào, và System.out để xuất ra. Điều này thể hiện sự hướng đối tượng chặt chẽ của Java, mọi thứ đều là đối tượng, và chúng đang nói chuyện, giao tiếp với nhau.

2.2. Khai báo biến, câu lệnh rẽ nhánh, vòng lặp

2.2.1. Biến

• Biến trong Java chia làm 3 loại
  • Local Variables
  • Instance Variables
  • Static Variables
• Ngoài ra biến trong Java còn dùng để chứa 2 kiểu dữ liệu primitives và references
• Local Variable là biến được khai báo trong một phương thức, constructor hoặc một khối lệnh. Biến này chỉ có giá trị trong phương thức, constructor hoặc khối lệnh đó. Khi phương thức, constructor hoặc khối lệnh kết thúc, biến này sẽ bị hủy. (Ví dụ trong hàm main ở trên, biến name là một local variable, và chỉ dùng được trong hàm main đó)
• Instance Variable là biến được khai báo trong một class, nhưng bên ngoài các phương thức, constructor hoặc khối lệnh. Biến này có thể được truy cập bởi bất kỳ phương thức, constructor hoặc khối lệnh nào của class đó.

Ví dụ:

publicclassExample {
    public String name; // instance variablepublicvoidsayHello() {
        Stringmessage="Hello " + name; // local variable
        System.out.println(message);
    }
}

• Static Variable là biến được khai báo trong một class, nhưng bên ngoài các phương thức, constructor hoặc khối lệnh. Biến này có thể được truy cập bởi bất kỳ phương thức, constructor hoặc khối lệnh nào của class đó. Tuy nhiên, biến này chỉ có một bản thể duy nhất, không phải mỗi đối tượng sẽ có một bản thể riêng.

Ví dụ:

publicclassExample {
    publicstaticintcount=0; // static variablepublicExample() {
        count++;
    }
}

• Như trên, nếu không có static thì mỗi class example tạo ra nhiều object con thì count là khác nhau, còn hiện tại, count là độc nhất, gắn chặt với class Example, không phải với object con của nó.

2.2.2. Câu lệnh rẽ nhánh

• Nhìn chung, câu lệnh rẽ nhánh trong Java cũng giống với C và C++

if (condition1) {
    //do something
} elseif (condition2) {
    
} else {
    
}

Câu hỏi

• Q: Có dùng được kiểu while(1) trong Java như C++ không?
• A: Không, trong Java thì boolean và integer là 2 kiểu dữ liệu khác nhau, không thể dùng chung được. Trong Java, để tạo vòng lặp vô hạn, ta sẽ dùng while(true) thay cho while(1).
• Lí do cho điều này là vì trong C++, 0 là false, 1 là true, 2 cũng là true, nói chung số dương là true. Điều này làm rối loạn cho người mới lập trình, không đủ tường minh, nên trong Java, boolean và integer là 2 kiểu dữ liệu khác nhau, không thể dùng chung được.

---

Câu hỏi

• Q: Liệu viết nhiều class có phải viết hàm main hết cho chúng không
• A: Không, chỉ cần viết một class có hàm main là được. Các class khác có thể không có hàm main, hoặc có hàm main nhưng không được gọi đến. Class chính có hàm main sẽ khởi động lên ,rồi gọi vào các class khác.
• Một comment bắt đầu bằng hai dấu gạch //

// đây là comment

2.2.3. Vòng lặp

Nhìn chung, vòng lặp trong Java cũng giống với C và C++

• Câu lệnh lặp for

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    // thực hiện câu lệnh này 10 lần
}

• Câu lệnh lặp while

while (true) {
    // thực hiện câu lệnh này mãi mãi
}

• Câu lệnh lặp do-while

do {
    // thực hiện câu lệnh này ít nhất 1 lần
} while (true);

Lệnh lặp for gồm 3 phần trong ngoặc tròn:

• Phần init dùng khởi tạo biến đếm
• Phần condition chỉ định điều kiện lặp tiếp
• Phần increment dùng tăng, giảm biến đếm, để tới lúc nào đó điều kiện trở thành false.

Java có một vòng lặp khác, gọi là foreach nhưng vẫn dùng từ khóa for, nhưng theo cú pháp khác.

int[] a = { 1, 2, 3 };
for (int e: a)

Các kiểu dữ liệu nguyên thủy

Kiểu dữ liệu	Kích thước	Giá trị tối thiểu	Giá trị tối đa	Mô tả
byte	1 byte	-128	127	Lưu trữ các số nguyên có dấu
short	2 bytes	-32,768	32,767	Lưu trữ các số nguyên có dấu
int	4 bytes	-2,147,483,648	2,147,483,647	Lưu trữ các số nguyên có dấu
long	8 bytes	-9,223,372,036,854,775,808	9,223,372,036,854,775,807	Lưu trữ các số nguyên có dấu
float	4 bytes	1.40129846432481707e-45	3.40282346638528860e+38	Lưu trữ các số thực
double	8 bytes	4.94065645841246544e-324d	1.79769313486231570e+308d	Lưu trữ các số thực
boolean	1 bit	true	false	Lưu trữ các giá trị logic
char	2 bytes	‘\u0000’ (or 0)	‘\uffff’ (or 65,535 inclusive)	Lưu trữ các ký tự/ chữ cái Unicode

Mảng trong Java

• Mảng trong Java là một tập hợp các phần tử có cùng kiểu dữ liệu. Mảng trong Java có thể chứa các kiểu dữ liệu nguyên thủy như int, float, double, char, … hoặc các đối tượng như String, … Mảng trong Java có độ dài cố định, nghĩa là khi khai báo mảng, ta phải xác định được số lượng phần tử của mảng đó. Mảng trong Java có thể là mảng một chiều, mảng hai chiều, mảng ba chiều, … Mảng trong Java có thể được khai báo như sau:

// Khai báo mảng một chiềuint[] a = newint[10];

int[] b = {1, 2, 3, 4, 5};

// Khai báo mảng hai chiềuint[][] c = newint[10][10];

int[][] d = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};

Điều cần nói

• Một lần nữa ta thấy được sự chặt chẽ của Java. Ở đây, như ta nhớ, để khai báo 1 biến ta phải theo syntax sau:
• <kiểu dữ liệu> <tên biến> = <giá trị>;
• Vậy ở đây, int[], double[] coi cả cục này là kiểu dữ liệu “mảng” (array), và a, b là tên biến, và new int[10] là giá trị của biến đó. Vậy, ta có thể hiểu là a, b là 2 biến kiểu mảng, và giá trị của nó là 2 mảng có 10 phần tử, và các phần tử đó có kiểu int.
• Điều này khác với C++, vì kiểu dữ liệu là kiểu dữ liệu, chứ không có chuyện trong kiểu dữ liệu lại có cả số lượng phần tử như c++

Trong C++ trông nó như sau:

int a[10];

Các phương thức so sánh

Phương thức	Mô tả
<	Nhỏ hơn
<=	Nhỏ hơn hoặc bằng
>	Lớn hơn
>=	Lớn hơn hoặc bằng
==	Bằng
!=	Không bằng
&&	Và
||	Hoặc
!	Phủ định
? :	Toán tử 3 ngôi

Ôn lại cuối buổi

3. Tại sao Java lại ra đời, tại sao cần hướng đối tượng chứ không code hết vào 1 file

• A: Trước khi Java ra đời, các ngôn ngữ lập trình khác như C/C++ đã ra đời. Tuy nhiên, các ngôn ngữ này có một số hạn chế như sau:
  • Các ngôn ngữ này không thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, mà phải biên dịch lại cho từng nền tảng khác nhau. Ví dụ như C++ trên Windows và C++ trên Linux là 2 ngôn ngữ khác nhau, nên phải biên dịch lại.
  • Các ngôn ngữ này không có khái niệm về hướng đối tượng, nên không thể phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp.
  • Cơ chế hướng đối tượng của Java giúp chương trình trở thành các đối tượng làm việc với nhau, giúp cho việc phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp trở nên dễ dàng hơn. (Sẽ nói sâu hơn vào phần sau)
• Ví dụ: thay vì code hết code vào 1 file HopThu, chuyên làm mọi việc xử lí email, … ta chia làm 3 class GuiThu, NhanThu, ThungRacThu, làm chỉ nhiệm vụ như tên của nó
• Khi có lỗi xảy ra, ví dụ gửi thư, ta chỉ cần sửa class GuiThu, không cần sửa cả class NhanThu, ThungRacThu, … như vậy sẽ dễ dàng hơn rất nhiều. Giusp debug 1 luồng đơn giản hơn, dễ maintain, dễ scale hơn.
• Nhược điểm là về lâu về lại, số lượng class sẽ tăng lên cao rất nhiều, và sẽ khó quản lý hơn.
• Điều đó buộc chúng ta đặt tên file, đặt package sao cho chuẩn, cho tường minh là điều vô cùng quan trọng, để sau này dễ quản lý hơn.

4. Có thể có 2 hàm main trong 1 chương trình không

• A: Có, nhưng khi chạy, JVM sẽ chỉ chạy hàm main đầu tiên, và bỏ qua các hàm main khác.

5. Tại sao cần chia JDK và JRE và JVM ra làm 3 phần

• A: Để cho việc phát triển và chạy ứng dụng trở nên dễ dàng hơn. Ví dụ, khi ta phát triển ứng dụng, ta chỉ cần cài đặt JDK, và khi ta cần chạy ứng dụng, ta chỉ cần cài đặt JRE. Nếu ta cần chạy ứng dụng trên nhiều nền tảng khác nhau, ta chỉ cần cài đặt JVM cho từng nền tảng đó. Thiết bị cuối không cần cài toàn bộ thư viện để code, nó chỉ cần chạy thôi

6. Tại sao Java lại chạy trên máy ảo

• A: Vì máy ảo có các tiện ích là:
  • Có thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau
  • Có thể chạy nhiều ứng dụng khác nhau cùng lúc