Hablemos sobre Java
Java es un lenguaje de programación de alto nivel, esto significa que está diseñado para ser fácilmente escrito y leído por los programadores, es decir, que en ciertos aspectos se parece al lenguaje humano, a diferencia de los lenguajes de bajo nivel como el lenguaje ensamblador (assembler) o el lenguaje de máquina. Los lenguajes de alto nivel como Java constan de una abstracción respecto al hardware de la computadora, lo que facilita la programación dado que ofrecen estructuras, símbolos y expresiones adecuadas a la capacidad cognitiva del humano, pero también requiere más procesamiento (por parte de la máquina) para interpretar y traducir el código escrito por los programadores a instrucciones en lenguaje máquina, para que el hardware las pueda ejecutar.
Java es un lenguaje de programación orientado a objetos (OOP). En la OOP, los conceptos del mundo real se modelan como "objetos". Un objeto puede representar un concepto tangible como persona, automóvil, vivienda, etc, o un concepto abstracto como cuenta bancaria, historial médico, orden de compra, etc. Estos objetos tienen "atributos" (también conocidos como propiedades o campos) y "métodos" (acciones que los objetos pueden realizar). Los objetos son instancias de "clases", estas son templates (plantillas), podríamos decir, un molde para crear objetos. La OOP permite a los desarrolladores estructurar su software de una manera fácil de entender y modificar, y promueve la reutilización de código a través de la herencia (donde una "clase hija" puede heredar características de una "clase padre") y la composición (donde un objeto puede contener otros objetos).
Además, Java es un lenguaje de programación fuertemente tipado. Esto significa que cada variable debe ser declarada con un tipo de dato concreto antes de que pueda ser utilizada, y una vez que ha sido declarada con un tipo de dato (ejemplo, dato numérico), no podrá almacenar otro tipo de dato diferente (en lenguajes como Python o Javascript si se puede hacer, esto tiene sus pros y sus contras). Los tipos de datos en Java incluyen tipos primitivos como int (para números enteros), double (para números de punto flotante), boolean (para valores verdaderos o falsos) y char (para caracteres), así como tipos de referencia como clases, interfaces y matrices.
Java fue diseñado bajo el principio de "escribir una vez, correr en cualquier lugar" (WORA, por sus siglas en inglés). Esto se logra a través de la Máquina Virtual de Java (JVM), que interpreta el código Java compilado (denominado bytecode) en instrucciones que la máquina anfitriona (la computadora que está ejecutando la JVM) puede entender. Gracias a la JVM, un mismo programa escrito en Java puede ejecutarse en cualquier dispositivo o sistema operativo que tenga una JVM, sin necesidad de recompilación.
Java es conocido por su robustez y seguridad. Proporciona características como el manejo de excepciones, el garbage collector (que automáticamente libera memoria que ya no es necesaria), y restricciones de acceso (a través de modificadores como public, private, y protected) que ayudan a prevenir errores y hacer que el software sea más seguro.
Características destacadas de Java
Orientación a Objetos
La programación orientada a objetos (OOP) es un paradigma de programación que utiliza "objetos" que interactúan entre sí para diseñar aplicaciones de software. Es una forma de programación que facilita la organización y estructuración del código. Los cuatro pilares fundamentales de la OOP son la encapsulación, la herencia, el polimorfismo y la abstracción.
Encapsulación:
La encapsulación es el proceso de ocultar los detalles de implementación de un objeto y exponer al usuario/cliente solamente las funcionalidades del mismo. Por ejemplo, podemos interactuar con un objeto que realice un cálculo de impuestos, pero sin saber cómo es que lo realiza, solo accedemos al “qué hace”, no al “cómo lo hace”. En Java, podemos lograr la encapsulación a través de la declaración de variables de instancia privadas y proporcionar métodos públicos para acceder y modificar esas variables, conocidos como getters y setters.
Herencia:
La herencia es el mecanismo mediante el cual un objeto adquiere (hereda) todas las propiedades y comportamientos de una clase padre. Esto permite la reutilización de código y el establecimiento de relaciones jerárquicas entre clases. Por ejemplo, podemos tener una clase Moto y otra Automovil que hereden de la clase Vehiculo, es decir, ambas serían hijas de Vehiculo, por lo que heredarían todos los atributos y métodos de esta clase. Dado que la clase padre contiene todos los atributos y métodos comunes a ambas hijas, evitamos así la duplicación de código. En Java, la herencia se logra utilizando la palabra clave extends.
Polimorfismo:
El polimorfismo se refiere a la capacidad de un objeto de tomar muchas formas. En Java, esto se logra a través de la sobrecarga de métodos (métodos con el mismo nombre pero con diferentes parámetros) y la sobreescritura de métodos (un método heredado -mismo nombre y tipo de parámetros que el método de la clase padre- pero que realiza acciones diferentes).
Ejemplo de sobrecarga de métodos: supongamos un método registrarEvento mediante el cual podemos registrar un evento con nombre y fecha, pero que opcionalmente podemos ingresar además lugar y descripción (el mismo método se comporta de forma diferente según los parámetros que reciba).
Ejemplo de sobreescritura de métodos: supongamos un método desplazarse perteneciente a una clase padre Reptil. Las clases hijas Cocodrilo y Serpiente heredan este método pero lo implementan de forma diferente, ya que ambos reptiles se desplazan de forma diferente.
Abstracción:
La abstracción es el proceso de ocultar los detalles complejos y mostrar solo lo esencial al usuario. Puede ayudar a reducir la complejidad del código y mejorar la eficiencia al permitirnos dividir un problema complejo en partes más pequeñas y manejables. En Java, la abstracción se logra a través de interfaces y clases abstractas.
Estos cuatro conceptos, encapsulación, herencia, polimorfismo y abstracción, son fundamentales para la programación orientada a objetos en Java y permiten a los desarrolladores escribir código que es más fácil de entender, más reutilizable y más fácil de mantener.
Plataforma Independiente
Multihilo
- Mejora del rendimiento: Los programas que son intensivos en E/S (como los que leen o escriben en un archivo) pueden beneficiarse del multihilo dado que mientras un hilo está esperando a que se complete la E/S, otro hilo puede estar realizando otro proceso.
- Mejora de la capacidad de respuesta: En las interfaces gráficas de usuario, el multihilo puede mejorar la capacidad de respuesta. Por ejemplo, un hilo puede manejar la interacción con el usuario mientras otro hilo realiza una tarea de procesamiento intensivo.
- Simplificación del diseño del programa: Algunos problemas son naturalmente multihilos (como los servidores web que manejan múltiples solicitudes simultáneas). En estos casos, el uso de multihilo puede simplificar el diseño del programa y hacerlo más potente.
Usos de Java en el Desarrollo de Software
Desarrollo de Aplicaciones Empresariales
- Estabilidad y Madurez: Java es usado desde hace casi tres décadas y ha demostrado ser un lenguaje de programación robusto y confiable. Esto es crucial para las aplicaciones empresariales, que a menudo son críticas para las operaciones comerciales y requieren un alto grado de fiabilidad.
- Escalabilidad: Java es conocido por su capacidad para manejar aplicaciones de gran escala. Puede soportar la ejecución de aplicaciones que manejan grandes volúmenes de usuarios y transacciones, lo que es una necesidad común en las aplicaciones empresariales.
- Seguridad: Java ofrece un fuerte sistema de seguridad que incluye características como el control de acceso basado en permisos, la autenticación y la encriptación. Esto es especialmente importante en el entorno empresarial, donde la protección de los datos sensibles es una alta prioridad.
- Interoperabilidad: Java puede interactuar fácilmente con otras tecnologías, lo que es útil en el entorno empresarial donde a menudo es necesario integrar con otros sistemas.
- Soporte para el desarrollo de aplicaciones empresariales: Java proporciona una amplia gama de bibliotecas y frameworks que facilitan el desarrollo de aplicaciones empresariales.
Por ejemplo, Java Enterprise Edition (Java EE) es una plataforma proporcionada por Oracle que ofrece APIs y un entorno de tiempo de ejecución para desarrollar y ejecutar aplicaciones empresariales de gran escala, seguras y escalables.
Por otr lado tenemos a Spring, desarrollado por Pivotal Software, ofrece una amplia gama de características y módulos que facilitan la creación de aplicaciones robustas, escalables y seguras. Desde su inicio como una herramienta de inyección de dependencia, Spring ha evolucionado para ofrecer un modelo completo de programación y configuración, incluyendo soporte para tareas comunes como establecer conexiones a bases de datos, manejar excepciones, entre muchas otras.
Spring Boot, una extensión del framework principal, permite una configuración rápida y menos compleja, haciendo que el desarrollo sea aún más eficiente. La comunidad activa, la documentación completa y la flexibilidad hacen de Spring una opción popular para desarrolladores de todo el mundo, desde pequeños proyectos hasta aplicaciones empresariales de gran envergadura. - Soporte para bases de datos: Java proporciona una API estándar para interactuar con bases de datos (JDBC), así como frameworks de mapeo objeto-relacional como Hibernate que facilitan el trabajo con bases de datos en aplicaciones empresariales.
Desarrollo de aplicaciones móviles
- Android SDK: El Kit de Desarrollo de Software (SDK) de Android está construido alrededor de Java. Proporciona un conjunto de herramientas y bibliotecas que facilitan el desarrollo de aplicaciones Android. Esto incluye bibliotecas para el diseño de la interfaz de usuario, la gestión de la base de datos, la reproducción de medios, y más.
- Orientación a Objetos: Como Java es un lenguaje orientado a objetos, se adapta bien al diseño de aplicaciones móviles, donde es común tener muchos objetos interactivos en la pantalla al mismo tiempo.
- Madurez y Comunidad de Desarrolladores: cómo ya dijimos, Java ha estado en uso durante casi treinta años y tiene una gran comunidad de desarrolladores. Esto significa que hay una gran cantidad de recursos de aprendizaje disponibles, así como bibliotecas y frameworks de terceros que pueden acelerar el desarrollo de aplicaciones móviles.
- Herramientas de Desarrollo: Existen numerosas herramientas de desarrollo integradas (IDEs) que soportan Java y facilitan el desarrollo de aplicaciones móviles. Un ejemplo claro es Android Studio, que es el IDE oficial para el desarrollo de aplicaciones Android.
Desarrollo de aplicaciones web
- Servlets y Java Server Pages (JSP): Los Servlets son clases Java que pueden manejar las solicitudes HTTP y generar respuestas HTTP. JSP es una tecnología que permite incrustar código Java en páginas HTML para generar contenido dinámico. Ambos son fundamentales para el desarrollo de aplicaciones web en Java.
- JavaServer Faces (JSF): JSF es un framework MVC (Model-View-Controller) para la construcción de interfaces de usuario en aplicaciones web. Proporciona una serie de componentes de interfaz de usuario reutilizables, lo que facilita la construcción de interfaces de usuario ricas sin necesidad de escribir mucho código JavaScript o HTML.
- Spring MVC y Spring Boot: Spring es un framework de Java muy popular que proporciona una amplia gama de capacidades, desde la inversión de control y la inyección de dependencias hasta la seguridad y las transacciones. Spring MVC es un framework que se basa en el núcleo de Spring y proporciona un modelo MVC para el desarrollo de aplicaciones web. Spring Boot es un proyecto que se basa en Spring MVC y proporciona una forma fácil de crear aplicaciones web independientes con mínima configuración.
- Hibernate: Hibernate es un framework de mapeo objeto-relacional (ORM) que facilita el trabajo con bases de datos en aplicaciones web. Permite a los desarrolladores trabajar con objetos Java en lugar de SQL para interactuar con la base de datos, lo que puede hacer que el código sea más fácil de escribir y mantener.
- Microservicios: Java es un lenguaje popular para el desarrollo de microservicios, que son servicios pequeños e independientes que trabajan juntos para formar una aplicación. Frameworks como Spring Boot y Micronaut facilitan la creación de microservicios en Java.
Big Data
- Hadoop: Es un framework de código abierto de Apache que permite el procesamiento distribuido de grandes conjuntos de datos a través de clusters de computadoras utilizando modelos de programación simples. Está diseñado para escalar desde un solo servidor hasta miles de máquinas, cada una ofreciendo computación y almacenamiento local. Hadoop está escrito en Java y su API principal para interactuar con el sistema de archivos distribuido de Hadoop (HDFS) y para escribir trabajos de MapReduce está en Java.
- Apache Spark: Spark es otro proyecto de Apache que proporciona una forma rápida y general de procesar datos a gran escala. Spark ofrece APIs en Java, así como en Scala y Python. Sin embargo, como Spark está escrito en Scala y se ejecuta en la Máquina Virtual de Java (JVM), la API de Java es muy utilizada y ofrece un rendimiento comparable al de Scala.
- Elasticsearch: Es un motor de búsqueda y análisis distribuido y de código abierto que permite almacenar, buscar y analizar grandes volúmenes de datos en tiempo real. Elasticsearch está escrito en Java y proporciona una API de Java para interactuar con el motor.
- Apache Kafka: Kafka es una plataforma de streaming distribuida que permite publicar y suscribir flujos de registros, al igual que una cola de mensajes. Kafka está escrito en Scala y Java y proporciona una API de productor y consumidor en Java.
- Apache Flink: Flink es un framework y motor de procesamiento de flujos distribuidos de código abierto. Flink está diseñado para ejecutar trabajos de procesamiento de datos a gran escala de manera eficiente y con un bajo tiempo de retraso. Flink está escrito en Java y Scala y proporciona APIs en ambos lenguajes.