Java چیست؟
جاوا (Java) یک زبان برنامه‌نویسی گسترده‌استفاده شده برای توسعه برنامه‌های وب است. این زبان برنامه‌نویسی بیش از دو دهه است که انتخاب محبوبی برای توسعه‌دهندگان بوده و در حال حاضر میلیون‌ها برنامه جاوا در استفاده هستند. جاوا یک زبان چندپلتفرمی، شی‌گرا و مبتنی بر شبکه است که به عنوان یک پلتفرم در خودش مورد استفاده قرار می‌گیرد. این یک زبان برنامه‌نویسی سریع، امن و قابل اعتماد برای توسعه هر چیز از برنامه‌های تلفن همراه و نرم‌افزارهای شرکتی تا برنامه‌های داده‌های بزرگ و فناوری‌های سمت سرور می‌باشد.

زبان برنامه‌نویسی جاوا برای چه موردی مورد استفاده قرار می‌گیرد؟
زبان برنامه‌نویسی جاوا به دلیل انعطاف‌پذیری و قابلیت اجرا بر روی انواع پلتفرم‌ها بسیار متنوعی از مصارف دارد. در زیر برخی از کاربردهای رایج زبان جاوا آورده شده است:

1. توسعه بازی: بسیاری از بازی‌های محبوب برای دستگاه‌های تلفن همراه، کامپیوتر، یا کنسول‌های بازی با استفاده از زبان جاوا توسعه داده می‌شوند. حتی بازی‌های مدرن که فناوری‌های پیشرفته مانند یادگیری ماشین یا واقعیت مجازی دارند، از تکنولوژی جاوا بهره می‌برند.
2. محاسبات ابری: جاوا به عنوان “یک‌بار نوشته و همه‌جا اجرا کن” شناخته می‌شود، که این ویژگی آن را برای برنامه‌های مبتنی بر ابر و توزیع‌شده مناسب می‌کند. ارائه‌دهندگان ابر از زبان جاوا برای اجرای برنامه‌ها روی انواع مختلف پلتفرم‌های زیرساختی استفاده می‌کنند.
3. پردازش داده‌های بزرگ: جاوا برای موتورهای پردازش داده که با مجموعه‌های پیچیده داده و حجم عظیمی از داده‌های زمان واقعی کار می‌کنند، استفاده می‌شود. این زبان قابلیت‌های لازم برای اجرای چنین وظایفی را فراهم می‌کند.
4. هوش مصنوعی: جاوا دارای کتابخانه‌های یادگیری ماشینی قدرتمندی است و به عنوان یک ابزار مناسب برای توسعه برنامه‌های هوش مصنوعی مانند پردازش زبان طبیعی و یادگیری عمیق شناخته می‌شود.
5. اینترنت اشیاء (IoT): جاوا برای برنامه‌نویسی دستگاه‌ها و سنسورهای مورد استفاده در دستگاه‌های لبه شبکه (IoT) که می‌توانند به صورت مستقل به اینترنت متصل شوند، استفاده شده است.

در کل، انعطاف‌پذیری، سازگاری با انواع پلتفرم‌ها و کتابخانه‌های قدرتمند جاوا آن را به یک انتخاب محبوب برای انواع پروژه‌های توسعه نرم‌افزار از برنامه‌های کوچک تا برنامه‌های شرکتی بزرگ تبدیل کرده است.

چرا جاوا انتخاب محبوبی در میان توسعه‌دهندگان نرم‌افزار در دنیای مدرن است؟
جاوا به دلیل طراحی آسان برای استفاده، محبوبیت دارد. برخی از دلایلی که توسعه‌دهندگان همچنان انتخاب جاوا در مقایسه با زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر می‌کنند شامل موارد زیر می‌شوند:

منابع آموزشی با کیفیت
جاوا مدت زمان زیادی است که وجود دارد، بنابراین منابع آموزشی زیادی برای برنامه‌نویسان تازه‌کار موجود است. مستندات دقیق، کتاب‌های جامع و دوره‌های آموزشی به تازه‌واردان در مسیر یادگیری کمک می‌کنند. همچنین، مبتدیان می‌توانند با نوشتن کد در Core Java شروع کرده و سپس به Advanced Java منتقل شوند.

توابع و کتابخانه‌های داخلی
زمانی که از جاوا استفاده می‌شود، توسعه‌دهندگان نیازی به نوشتن هر تابع جدید از ابتدا ندارند. به جای آن، جاوا یک جامعه غنی از توابع و کتابخانه‌های داخلی برای توسعه انواع برنامه‌ها فراهم می‌کند.

پشتیبانی فعال از جامعه
جاوا دارای بسیاری از کاربران فعال و یک جامعه بزرگی است که توسعه‌دهندگان را در مواجهه با چالش‌های برنامه‌نویسی حمایت می‌کند. نرم‌افزار پلتفرم جاوا نیز به طور منظم نگهداری و به‌روزرسانی می‌شود.

ابزارهای توسعه با کیفیت
جاوا ابزارهای مختلفی برای پشتیبانی از ویرایش خودکار، اشکال‌زدایی، تست، پیاده‌سازی و مدیریت تغییرات ارائه می‌دهد. این ابزارها برنامه‌نویسی جاوا را زمان‌بر و هزینه‌بر می‌کنند.

مستقل از پلتفرم
کدهای جاوا می‌توانند بدون نیاز به نوشتن مجدد بر روی هر پلتفرم زیرساختی مانند ویندوز، لینوکس، iOS یا اندروید اجرا شوند. این ویژگی به ویژه در محیط فعلی که می‌خواهیم برنامه‌ها را روی انواع دستگاه‌ها اجرا کنیم، بسیار قدرتمند است.

امنیت
کاربران می‌توانند کد جاوا ناامن را از شبکه دانلود کنند و در محیط امنی اجرا کنند که نمی‌تواند به سیستم میزبان آسیبی وارد کند یا از هارد دیسک خواندن یا نوشتن کند. سطوح امنیت و محدودیت‌ها در جاوا نیز به طور بسیار پیکربندی‌پذیر هستند.

چگونه جاوا کار می‌کند؟
همه زبان‌های برنامه‌نویسی وسیله‌ای برای ارتباط با دستگاه‌ها هستند. سخت‌افزار ماشین تنها به ارتباط الکترونیکی پاسخ می‌دهد. زبان‌های برنامه‌نویسی با سطوح بالا مانند جاوا به عنوان پل ارتباطی بین زبان انسانی و زبان سخت‌افزار عمل می‌کنند. برای استفاده از جاوا، یک توسعه‌دهنده نیاز دارد که دو چیز را درک کند:

1. زبان و رابط‌های برنامه‌نویسی جاوا (Java language and APIs):
   این بخش ارتباط جلویی بین توسعه‌دهنده و پلتفرم جاوا است.
2. ماشین مجازی جاوا (Java Virtual Machine):
   این بخش ارتباط پشتیبانی بین پلتفرم جاوا و سخت‌افزار زیرین است. حالا به تفصیل به هر یک از این موارد می‌پردازیم.
3. زبان و رابط‌های برنامه‌نویسی جاوا:
   این بخش شامل زبان برنامه‌نویسی جاوا و رابط‌های برنامه‌نویسی (APIs) می‌شود که توسعه‌دهنده با آنها ارتباط می‌برد. توسعه‌دهنده با استفاده از زبان جاوا کد برنامه‌نویسی می‌کند. این زبان دارای قواعد و سینتکس خاصی است که برای توصیف عملیات مورد نیاز برای اجرای برنامه استفاده می‌شود. همچنین، APIs مجموعه‌ای از کتابخانه‌ها و توابع آماده هستند که توسعه‌دهنده می‌تواند برای انجام وظایف مختلف در برنامه‌های خود استفاده کند. این APIs به توسعه‌دهنده امکان می‌دهند با منابع مختلفی مانند شبکه، پایگاه داده، رابط‌های گرافیکی و غیره ارتباط برقرار کنند.
4. ماشین مجازی جاوا:
   ماشین مجازی جاوا یا JVM نقش واحد اجرایی اصلی در اجرای برنامه‌های جاوا دارد. این ماشین مجازی یک لایه نرم‌افزاری است که بین کد جاوا و سخت‌افزار واقعی قرار می‌گیرد. وظیفه JVM اجرای کد جاوا را در تمام سیستم‌ها و پلتفرم‌ها به یک شکل تطبیقی انجام می‌دهد، بدون نیاز به تغییر در کد منبع جاوا. JVM برنامه جاوا را به زبان بایت کامپایل می‌کند و در محیط اجرایی خود اجرا می‌کند. JVM همچنین مدیریت حافظه، زمان اجرا، و امور دیگر مربوط به اجرای برنامه را بر عهده دارد. به این ترتیب، توسعه‌دهنده نیازی به نگرانی در مورد جزئیات سخت‌افزاری ندارد و می‌تواند برنامه را با اطمینان بیشتری توسعه و اجرا کند.

API جاوا چیست؟
جاوا مفاهیم و دستورات زبان برنامه‌نویسی جاوا را تعریف می‌کند. این شامل واژگان و قوانین پایه‌ای است که برای نوشتن الگوریتم‌ها مانند انواع داده‌های ابتدایی، بلوک‌های if/else، حلقه‌ها و غیره استفاده می‌شود.

APIها (رابط‌های برنامه‌نویسی) اجزای مهمی از پلتفرم جاوا هستند. اینها برنامه‌های جاوا پیش‌نویس شده هستند که می‌توانند به راحتی به کد خود شما وصل شوند. به عبارت دیگر، شما می‌توانید از APIهای جاوا برای دریافت تاریخ و زمان، انجام عملیات ریاضی یا تغییر متن استفاده کنید.

هر کد برنامه جاوا توسط یک توسعه‌دهنده نوشته شده به طور معمول ترکیبی از کد جدید و کد پیش‌نویس موجود از APIهای جاوا و کتابخانه‌های جاوا را شامل خواهد شد.

Java Virtual Machine (JVM) یا ماشین مجازی جاوا

به عنوان یک لایه انتزاع اضافی عمل می‌کند که بین پلتفرم جاوا و سخت‌افزار زیرین واقع می‌شود. کدهای منبع جاوا تنها بر روی دستگاه‌هایی قابل اجرا هستند که JVM بر روی آن‌ها نصب شده باشد. دلیل نیاز به ماشین مجازی جاوا در تاریخچه برنامه‌نویسی قرار دارد.

در واقعیت، JVM به عنوان یک محیط اجرایی مستقل عمل می‌کند که کد جاوا را به زبان بایت (Bytecode) ترجمه کرده و اجرا می‌کند. زبان بایت کد میانی است که مستقیماً توسط سخت‌افزار تفسیر نمی‌شود و توسط JVM ترجمه و اجرا می‌شود. این ویژگی امکان اجرای یک برنامه جاوا در تمامی پلتفرم‌ها و سیستم‌ها را فراهم می‌کند بدون نیاز به تغییر در کد منبع.

یکی از دلایل مهم نیاز به JVM در تاریخچه برنامه‌نویسی این است که زبان‌های برنامه‌نویسی مانند جاوا به زبان ماشین ویژگی‌های متفاوتی دارند و برای هر سیستم معمولاً نیاز به کد نوشته شده به زبان ماشین آن سیستم دارند. با استفاده از JVM، این ترجمه به زبان ماشین و اجرای کدهای جاوا بر روی هر سیستمی که JVM روی آن نصب شده باشد، به طور خودکار انجام می‌شود، که توسعه برنامه‌های توزیع‌شده و چندپلتفرمی را بسیار آسان‌تر می‌کند.

تاریخچه برنامه‌نویسی
زمانی که زبان‌های برنامه‌نویسی طبیعی برای اولین بار توسعه یافتند، به دو دسته عمده تقسیم شدند، بسته به اینکه چگونه با سخت‌افزار زیرین ارتباط برقرار می‌کردند.

کامپایلرها: در این روش، برنامه کامل به صورت سینتکس شبیه به انگلیسی طبیعی نوشته می‌شود و سپس زبان برنامه‌نویسی کد را به زبان ماشین ترجمه یا کامپایل می‌کند. سپس کد کامپایل شده بر روی سخت‌افزار اجرا می‌شود.

ترجمه‌کننده‌ها (Interpreters): با استفاده از ترجمه‌کننده‌ها، هر عبارت کد بازگشتی به زبان ماشین تفسیر می‌شود. هر عبارت کدی که نوشته شده است، فوراً توسط سخت‌افزار اجرا می‌شود، بدون نگاه به عبارت بعدی.

محیط اجرایی جاوا
برنامه جاوا اولین زبان برنامه‌نویسی بود که از هر دو روش فوق با استفاده از ماشین مجازی جاوا (JVM) ترکیب کرد. کامپایلر کد جاوا به نام ماشین مجازی جاوا است. هر فایل جاوا ابتدا به زبان بایت‌کد (Bytecode) کامپایل می‌شود. بایت‌کد جاوا تنها در ماشین مجازی جاوا قابل اجرا است. سپس ماشین مجازی جاوا بایت‌کد را تفسیر کرده و آن را بر روی پلتفرم سخت‌افزار زیرین اجرا می‌کند. بنابراین، اگر برنامه بر روی یک سیستم ویندوز اجرا شود، ماشین مجازی جاوا آن را برای ویندوز تفسیر می‌کند. اما اگر بر روی یک پلتفرم متن‌باز مانند لینوکس اجرا شود، ماشین مجازی جاوا آن را برای لینوکس تفسیر می‌کند.

برنامه نویسی در جاوا چگونه انجام می‌شود؟
برای شروع برنامه نویسی در جاوا، باید یک نسخه از جاوا را در سیستم خود نصب کنید. چهار نسخه اصلی جاوا وجود دارد:

1. Java Standard Edition (Java SE):
2. Java Enterprise Edition (Java EE):
3. Java Micro Edition (Java ME):
4. JavaFX:

Java Standard Edition (Java SE) یک پلتفرم برنامه نویسی جاوا اصلی است. این شامل تمام کتابخانه‌ها و رابط‌های برنامه‌نویسی (APIs) است که هر برنامه‌نویسی برای توسعه جاوا نیاز دارد. Open Java Development Kit (OpenJDK) نسخه رایگان و منبع باز از Java SE است.

برای برنامه نویسی در جاوا، شما باید مراحل زیر را دنبال کنید:

1. نصب محیط توسعه (IDE): شما می‌توانید یک محیط توسعه متکامل مانند Eclipse، IntelliJ IDEA یا NetBeans را نصب کنید. این ابزارها به شما کمک می‌کنند تا برنامه‌های جاوا خود را به راحتی بسازید و مدیریت کنید.
2. نصب نسخه مناسب از Java SE: شما باید Java SE Development Kit (JDK) را بر روی سیستم خود نصب کنید. JDK شامل کامپایلر جاوا، ماشین مجازی جاوا (JVM)، و ابزارهای توسعه مورد نیاز برای توسعه جاوا است.
3. نوشتن کد: شما می‌توانید کدهای جاوا خود را با استفاده از یک محیط توسعه نوشته و آنها را ذخیره کنید.
4. کامپایل و اجرا: پس از نوشتن کد، شما می‌توانید آن را کامپایل کرده و بر روی JVM اجرا کنید.
5. تست و اشکال‌زدایی: شما می‌توانید برنامه‌های جاوا خود را تست کرده و هر مشکلی را رفع کنید.

با دنبال کردن این مراحل، شما می‌توانید برنامه‌های جاوا خود را توسعه دهید و اجرا کنید.