Os Alicerces da Plataforma Java
A tecnologia Java foi desenhada para resolver vários problemas do desenvolvimento de aplicações que eram bastante comuns até ao seu surgimento. Estes problemas relacionam-se principalmente com três aspectos do desenvolvimento de software: o ambiente de execução, o paradigma de programação e as bibliotecas prontas.
Ambiente de Execução
Um software corre em um computador, mas mais especificamente ele corre em um processador. Ao processador está associada uma memória volátil (RAM) que pode ser utilizada enquanto o software corre, e é limpa quando ele é desligado. Cada vez que a engenharia do processador mudava, e com ela o conjunto de instruções válidas, tinhamos que gerar um novo software.
Com o advento do multiprocessamento, produzido pela adição de um sistema operacional entre o software e o hardware, o software passou a ser dependente das capacidades do sistema operacional. Mas construir um software que pudesse ser executado em mais do que um sistema operacional era complexo e suscetível a erros.
O hardware e o Sistema Operacional (OS) passaram a formar a plataforma mais perto da máquina real. Uma relação que seria indissociável até hoje. O software tinha agora que ser compatível com um OS e com uma familia de processadores. Este problema era abordado de diferentes formas, mas no seu coração estava a escrita de programas ligeiramente diferentes conforme a plataforma alvo.
Por outro lado, o software utilizava a memória da máquina e era responsável pela sua sanitização, ou seja, quando algo que estava na memória não era mais necessário esse espaço tinha que ser expurgado. Escusado dizer que, esse processo era manual e suscetível a muitos erros e problemas, sendo uma das portas secretas mais utilizadas para circunscrever a segurança de software e de dados - muito usado para executar vírus e outros tipos de código malicioso.
A proposta da tecnologia Java é acabar com estes problemas de uma vez por todas. A tecnologia Java inclui uma outra peça: a plataforma Java. Esta plataforma assenta-se sobre o OS e o hardware, e produz um acesso aos seus recursos de forma única. Assim, um software escrito para a Plataforma Java pode ser executado em qualquer máquina física, com qualquer sistema operacional. Esta capacidade é chamada de "portabilidade" e o seu segredo é a Java Virtual Machine (JVM - Máquina Virtual Java).
Além disso, é disponibilizado um conjunto pré-empacotado de bibliotecas padrão que suprem as necessidade básicas da maioria das aplicações. Tudo isto, juntamente com um conjunto de ferramentas e uma linguagem de programação, formam o Ambiente de Execução Java (Java Runtime Environment - JRE), que, por sua vez, é a única coisa que precisa ser instalada na sua máquina se quiser executar o software desenvolvido com a tecnologia Java.
JVM - Java Virtual Machine
A JVM é uma especificação para uma máquina virtual. Uma máquina virtual é uma máquina que simula ter um processador e uma memória tal como um máquina real, necessitando de uma máquina real com memória que execute o processamento.
Porque a JVM simula uma memória, ela tem uma especificação própria de como essa memória tem que ser. Isto permite mais controle sobre a memória. Mas, a principal vantagem da JVM é a introdução do conceito de Memória Gerenciada em que a JVM se preocupa em expurgar a memória física e o faz automaticamente, sem intervenção humana, através de um mecanismo chamado Garbage Colector (Coletor de Lixo).
O principais problemas das estruturas de desenvolvimento antecessoras está resolvido. Com a JVM o software pode ser escrito sem medo da obsolescência da engenharia do processador, do sistema operacional, e sem preocupações mortais sobre vazamento e gerenciamento de memória.
Sendo a JVM virtual e dependente do OS e do Hardware subjacentes, é necessário criar mais do que uma JVM para cumprir a promessa da portabilidade. Felizmente isso já está feito para a grande maioria do processadores e sistemas operacionais mais utilizados no mercadoe, até mesmo, para alguns mais obscuros. Além disso, existem implementações da JVM mais modestas em recursos que podem funcionar em equipamentos de processamento limitado como celulares, por exemplo.
Resta escolher um paradigma para o desenvolvimento e um conjunto de bibliotecas auxiliares.
Paradigma de Desenvolvimento
Como todas as estruturas para o desenvolvimento de software, também a tecnologia Java precisa de um paradigma de programação e um conjunto de ferramentas de suporte como compiladores, por exemplo, para que o software possa ser criado.
A tecnologia Java por ser baseada em uma máquina virtual e com a possibilidade de controlar a memória de forma eficiente optou pelo uso do paradigma de "Programação Orientada a Objeto", o que ajudou a popularizar. Neste paradigma, o desenvolvimento é feito através da criação e programação do comportamento de objetos, que juntos, fornecem as capacidades do software.
A linguagem de programação escolhida para a tarefa de mediar o compilador e o ser humano foi a Linguagem de Programação Java. Esta linguagem segue uma síntaxe semelhante à família de linguagens C, estabelece um conjunto de palavras-chave pequeno e regras estritas que estabelecem como o código deve ser escrito e são impostas através de um compilador sofisticado.
A Plataforma Java oferece, além da portabilidade e do gerenciamento automático de memória, a capacidade de criar diferentes threads (fluxos de execução) de forma independente dos recursos reais do OS ou do Hardware. Isso significa que é sempre possível seus programas utilizarem processamento paralelo, mesmo quando o estrato subjacente não possibilita isso nativamente. A linguagem Java contém primitivas que ajudam a programar código preparado para a execução paralela.
A partir da linguagem Java, a tecnologia disponibiliza um conjunto de bibliotecas auxiliares já implementadas e testadas que permitem acessar vários recuros do hardware e do OS de forma portável. O conjunto destas bibliotecas é chamado Edição. O conjunto padrão de bibliotecas é chamado de Edição Standard (Standard Edition - SE).
Java SE - Standard Edition
A Edição Standard conta com atualizações periódicas. Estas atualizações coincidem com alterações na especificação da JVM ou da Linguagem Java de forma que sempre tiram partido das mais recentes capacidades da tecnologia Java. Cada biblioteca preparada para ser utilizada na JVM é chamada API (Aplication Programer Interface), e assim falamos da "API de" em vez da "biblioteca de".
Desde a primeira edição na decada de 90, a Java SE passou por uma ampliação ao serem adicionadas tecnologias e bibliotecas que antes tinham que ser agregadas por aplicação. Além das bibliotecas fundamentais associadas ao paradimga de orientação de objetos e ao modelo da JVM e da Linguagem Java, a SE conta ainda com suporte a várias técnicas, tecnologias, protocolos, acesso a rede, distribuição de objetos, acesso a sistemas gerenciadores de bancos de dados, apresentação de telas em sistemas desktop e criação de applets para internet, sempre primando pela segurança e acessibilidade.
A Java SE, ou JSE, conta ainda com a possibilidade das suas funcionalidades serem estendidas além do limite da portabilidade, sendo possível acessar a bibliotecas escritas em linguagens nativas por meio da Java Native Interface. Este sacrifício pode ser necessário em certa ocasiões muito particulares, e foram necessárias nos primeiros tempos da plataforma Java. Hoje em dia não há muitas razões para querer utilizar esta capacidade da tencologia, mas ainda restam alguns campos onde ela é util como, por exemplo, o acesso a sistemas legados e a periféricos específicos.
Uma implementação da Java Virtual Machine (que como vimos existem várias, dependendo de fornecedores e sistemas operacionais alvo) e uma implementação da Java Standard Edition aliadas com o suporte a tencologias de distribuição de aplicações formam o conjunto básico para que possa ser possível executar uma aplicação Java. Este conjunto chama-se Ambiente de Execução Java (Java Runtime Environment - JRE), e é o que precisa instalar na sua máquina se quiser executar o software Java já desenvolvido por outros. Se além disso, quer também desenvolver software Java, então irá precisa do kit de desenvolvimento.
JDK - Java Development Kit
Se estiver interessado em desenvolver seu próprio software com Java, então irá precisar também das ferramentas de compilação e manipulação de código-fonte. Este kit de desenvolvimento contém um ambiente de execução para que possa testar suas aplicações.
A versão do JDK acompanha a versão da JSE, de forma que sempre exista compatibilidade. Além disso, todos os softwares desenvolvidos com versões anteriores da tecnologia funcionam nas versões mais recentes, ganhando todos os avanços tecnológicos desde que foram criados, de maneira simples e descomplicada, sem alterar uma vírgula no código (que podem bem nem existir mais).
As outras Edições
A Edição Empresarial, a JEE (Java Enterprise Edition), adiciona um conjunto de API às já existentes na edição básica e permite criar aplicações distribuídas desenhadas para escalbilidade e suporte a transações distribuídas. Ideal para as aplicações comerciais de grande porte.
A Edição Micro, a JME (Java Micro Edition), é um edição com suporte à execução da plataforma em aparelhos com capacidades de processamento e/ou memória limitadas. Na realidade, em qualquer aparelho que tenha menos capacidades que um desktop comum. Isto inclui celulares, PDA, e sistemas embarcados em automóveis, aviões e até em sondas espaciais. Está ainda presente em eletrodomésticos e diversos outros aparelhos eletrônicos com a adição recente dos tocadores de BlueRay e da Televisão Interativa.
Java Card é uma edição mais limitada ainda que a JME, e é utilizada para a programação de smartcard, aqueles chips que estão no seu cartão de crédito.