Java là gì? Đây là một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến và lâu đời, được sử dụng rộng rãi trong phát triển phần mềm, ứng dụng di động và cả lập trình game. Nhờ tính đa nền tảng, cú pháp rõ ràng và cộng đồng lớn mạnh, Java luôn giữ vững vị trí quan trọng trong thế giới công nghệ. Hãy cùng CodeGym Đà Nẵng khám phá chi tiết về Java ở bài viết dưới đây.

Java là gì?

Java là gì? Java là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, đa nền tảng và được sử dụng rộng rãi trong phát triển phần mềm, web, game cũng như ứng dụng di động. Ra đời từ năm 1991 bởi James Gosling và nhóm kỹ sư tại Sun Microsystems với tên gọi ban đầu là Oak, Java chính thức phát hành năm 1994 và đến năm 2010 được Oracle mua lại. Với hơn hai thập kỷ phát triển, Java đã trở thành một lựa chọn hàng đầu nhờ tốc độ, tính bảo mật và độ tin cậy cao. Hiện nay có hàng triệu ứng dụng viết bằng Java đang được sử dụng, từ phần mềm doanh nghiệp, ứng dụng di động cho đến hệ thống dữ liệu lớn và công nghệ phía máy chủ.

Java là ngôn ngữ lập trình phổ biến, nổi bật với tính đa nền tảng, hiệu suất ổn định (Nguồn: Internet)

Đặc điểm của ngôn ngữ lập trình Java

Ngôn ngữ lập trình Java có đặc điểm nổi bật là hoạt động đa nền tảng, dựa trên mô hình hướng đối tượng, đảm bảo an toàn (Nguồn: Internet)

Hướng đối tượng hoàn toàn

Trong quá trình phát triển một ngôn ngữ lập trình mới có khả năng chạy đa nền tảng, các kỹ sư của Sun Microsystems đặt mục tiêu tạo ra một ngôn ngữ vừa dễ học vừa quen thuộc với lập trình viên. Do đó, họ kế thừa cú pháp từ C và C++ để lập trình viên dễ dàng tiếp cận.

Tuy nhiên, ở Java một số đặc điểm phức tạp đã được loại bỏ nhằm tăng tính an toàn và đơn giản hóa việc sử dụng. Cụ thể, các thao tác với con trỏ bị loại bỏ, cùng với đó là những tính năng như overload, lệnh goto hay các cấu trúc struct và union cũng không còn xuất hiện trong Java.

Độc lập phần cứng và hệ điều hành

Một chương trình được viết bằng Java có thể hoạt động ổn định trên nhiều môi trường khác nhau nhờ khả năng cross-platform. Tính độc lập với phần cứng và hệ điều hành của Java được thể hiện ở cả mức mã nguồn lẫn mức nhị phân.

Ở mức mã nguồn, Java sử dụng hệ thống kiểu dữ liệu thống nhất cho tất cả các nền tảng. Thư viện chuẩn của Java được xây dựng để hỗ trợ điều này, nhờ vậy cùng một đoạn code có thể được biên dịch trên nhiều loại máy mà không phát sinh lỗi.

Ở mức nhị phân, các file đã được biên dịch có thể chạy trên nhiều hệ điều hành và phần cứng khác nhau mà không cần dịch lại mã nguồn. Điều kiện duy nhất là máy đó phải cài đặt Java Virtual Machine (JVM) để thực hiện việc thông dịch và chạy chương trình.

Ngôn ngữ thông dịch

Trong lĩnh vực lập trình, ngôn ngữ thường được phân thành hai nhóm chính: ngôn ngữ thông dịch và ngôn ngữ biên dịch.

• Ngôn ngữ thông dịch (Interpreter): chương trình được dịch từng lệnh rồi thực thi ngay, mỗi lần chạy lại phải dịch lại từ đầu.
• Ngôn ngữ biên dịch (Compiler): mã nguồn sau khi biên dịch sẽ tạo ra tệp thực thi (ví dụ: .exe) và có thể chạy trực tiếp nhiều lần mà không cần biên dịch lại.

Java nằm ở vị trí đặc biệt vì vừa mang tính chất biên dịch, vừa mang tính chất thông dịch. Cụ thể, mã nguồn Java ban đầu được lưu trong tệp .java. Sau khi biên dịch, tệp này được chuyển thành bytecode. Khi chương trình chạy, Java Virtual Machine (JVM) sẽ tiếp tục thông dịch bytecode đó thành mã máy (machine code) để thực thi.

Ngôn ngữ thông dịch là ngôn ngữ lập trình được thực thi trực tiếp từng lệnh thông qua trình thông dịch mà không cần tạo tệp thực thi (Nguồn: Internet)

Ưu điểm: Cách làm này giúp Java trở thành ngôn ngữ đa nền tảng, có thể chạy trên nhiều hệ điều hành và phần cứng khác nhau, miễn là nền tảng đó có hỗ trợ JVM.

Nhược điểm: Giống như các ngôn ngữ thông dịch khác, tốc độ chạy chương trình Java thường chậm hơn so với ngôn ngữ thuần biên dịch, tuy nhiên vẫn đảm bảo ở mức hiệu quả chấp nhận được.

Cơ chế thu gom rác tự động

Trong Java, khi một đối tượng được tạo ra thì JRE sẽ tự động cấp phát bộ nhớ cho nó trên vùng heap.

Ở các ngôn ngữ như C/C++, lập trình viên phải chủ động giải phóng vùng nhớ đã cấp để tránh rò rỉ bộ nhớ. Nếu quên hoặc xử lý sai, một số vùng nhớ không được giải phóng sẽ dẫn đến tình trạng thất thoát tài nguyên và làm giảm hiệu năng chương trình.

Với ngôn ngữ lập trình Java, việc này được xử lý tự động nhờ bộ gom rác (Garbage Collector). Cơ chế này sẽ theo dõi các đối tượng trong bộ nhớ, và khi phát hiện vùng nhớ không còn tham chiếu nào sử dụng, nó sẽ tiến hành thu hồi tài nguyên đó. Nhờ vậy, lập trình viên không cần phải trực tiếp quản lý việc hủy vùng nhớ như trong C/C++.

Đa luồng

Java cho phép lập trình đa luồng (multi thread) giúp thực hiện nhiều tác vụ song song, đồng thời cung cấp các cơ chế đồng bộ như ưu tiên tiến trình để đảm bảo hoạt động ổn định.

Tính an toàn và bảo mật

Tính an toàn
Java được thiết kế với nhiều cơ chế đảm bảo an toàn cho lập trình viên và người dùng. Ngôn ngữ này yêu cầu khai báo kiểu dữ liệu rõ ràng, loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng con trỏ và các phép toán liên quan đến con trỏ vốn dễ gây ra lỗi. Java cũng kiểm soát chặt chẽ truy cập vào mảng và chuỗi, ngăn chặn tình trạng tràn dữ liệu, đảm bảo không có truy xuất vượt ngoài phạm vi. Ngoài ra, việc cấp phát và thu hồi bộ nhớ được quản lý tự động, kết hợp với cơ chế xử lý ngoại lệ, giúp việc phát hiện, xử lý và phục hồi lỗi trở nên an toàn và thuận tiện hơn.

Tính bảo mật
Java cung cấp môi trường thực thi có tính bảo mật cao với nhiều lớp kiểm soát:

• Mức 1: Các đối tượng chỉ có thể được truy cập thông qua giao diện (interface) và phương thức mà lớp cho phép.
• Mức 2: Trình biên dịch sẽ kiểm tra chặt chẽ để đảm bảo mã nguồn tuân thủ các quy tắc của Java trước khi dịch.
• Mức 3: Khi chương trình chạy, trình thông dịch sẽ rà soát mã bytecode nhằm đảm bảo tuân thủ đúng chuẩn trước khi thực thi.
• Mức 4: Java còn giám sát quá trình nạp lớp (class loading), ngăn chặn các hành vi vượt quyền truy cập hoặc vi phạm bảo mật trước khi đưa vào hệ thống.

Quy trình code Java được thực hiện ra sao?

Như đã đề cập, Java vận hành theo nguyên tắc đặc trưng “Compile Once, Run Anywhere” nhờ vào sự hỗ trợ của Java Virtual Machine (JVM). Quy trình thực thi một chương trình Java có thể tóm gọn trong ba bước:

1. Viết mã nguồn: Lập trình viên soạn thảo chương trình và lưu dưới dạng tệp .java.
2. Biên dịch: Mã nguồn được Java Compiler chuyển đổi thành bytecode (tệp .class). Bytecode này không phải mã máy trực tiếp, nhưng là dạng trung gian có thể chạy trên bất kỳ nền tảng nào có JVM.
3. Chạy chương trình: JVM tiếp nhận bytecode, dịch chúng sang mã máy (machine code) để hệ điều hành và phần cứng có thể hiểu và thực thi.

Nhờ cơ chế này, Java trở thành một ngôn ngữ lập trình đa nền tảng, giúp chương trình viết một lần nhưng có thể chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau.

Máy ảo Java (Java Virtual Machine)

Khi một chương trình Java được chạy, Java Virtual Machine (JVM) sẽ lần lượt chuyển đổi các chỉ thị dạng bytecode thành lệnh nhị phân để máy tính thực thi. Đây chính là cơ chế tạo nên tính khả chuyển của Java.

Thực chất, JVM hoạt động như một trình thông dịch, vì vậy mỗi hệ điều hành sẽ có phiên bản JVM riêng. Để một ứng dụng Java chạy được trên nền tảng nào, bạn cần cài đặt JVM phù hợp cho hệ điều hành đó.

JVM đóng vai trò là môi trường thực thi độc lập với nền tảng, cho phép chương trình Java chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau. Hiện nay, đã có các phiên bản JVM dành cho Windows, Linux và macOS.

Các thuật ngữ thường gặp trong Java

Bytecode
Bytecode là mã trung gian được tạo ra sau khi mã nguồn Java được biên dịch. Nó không phụ thuộc vào hệ điều hành và có thể chạy trên bất kỳ nền tảng nào cài đặt Java Virtual Machine (JVM). JVM sẽ chuyển đổi bytecode thành mã máy, nhờ vậy Java đạt được tính đa nền tảng.

Garbage Collection (GC)
Trong Java, Garbage Collection là cơ chế tự động quản lý bộ nhớ. GC sẽ giải phóng các đối tượng không còn tham chiếu, tránh tình trạng rò rỉ bộ nhớ và giúp ứng dụng vận hành ổn định mà không cần lập trình viên can thiệp thủ công.

JDK (Java Development Kit)
JDK là bộ công cụ phục vụ cho việc phát triển Java, bao gồm trình biên dịch, thư viện chuẩn và JVM, cho phép lập trình viên viết, biên dịch và chạy ứng dụng.

JRE (Java Runtime Environment)
JRE cung cấp môi trường để chạy các chương trình Java đã biên dịch, trong đó có JVM và những thư viện cần thiết để ứng dụng thực thi.

API (Application Programming Interface)
API trong Java là tập hợp thư viện và công cụ hỗ trợ sẵn, giúp lập trình viên dễ dàng phát triển ứng dụng với nhiều tính năng như xử lý dữ liệu, lập trình mạng hay xây dựng giao diện người dùng.

ClassPath
Classpath là biến môi trường mà JVM dựa vào để tìm kiếm các tệp .class hoặc bytecode cần thiết cho việc thực thi chương trình Java.

Ứng dụng của ngôn ngữ lập trình Java

Java là một trong những ngôn ngữ lập trình được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, nổi bật với khả năng đa nền tảng, hiệu suất ổn định và hệ thống thư viện phong phú. Nhờ những ưu điểm này, Java đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều lĩnh vực. Dưới đây là những ứng dụng tiêu biểu của Java:

Ứng dụng của ngôn ngữ lập trình Java trải rộng từ phát triển web, di động, game cho đến hệ thống doanh nghiệp và điện toán đám mây (Nguồn: Internet)

Phát triển game

Java thường được dùng để phát triển nhiều trò chơi từ đơn giản đến phức tạp trên cả máy tính và thiết bị di động. Với sự hỗ trợ của các thư viện như LibGDX và LWJGL (Lightweight Java Game Library), Java mang đến một môi trường lập trình mạnh mẽ cho việc xây dựng game 2D và 3D.

Điện toán đám mây

Java được xem là ngôn ngữ chủ lực trong lĩnh vực dịch vụ và hệ thống đám mây (cloud computing) nhờ khả năng xử lý đa luồng hiệu quả cùng mức độ bảo mật cao. Các nền tảng lớn như Amazon Web Services (AWS), Google Cloud hay Microsoft Azure đều tích hợp và hỗ trợ Java để phát triển cũng như triển khai ứng dụng trên môi trường đám mây.

Dữ liệu lớn (Big Data)

Trong mảng dữ liệu lớn (Big Data), Java giữ vị trí quan trọng nhờ hệ sinh thái công cụ và framework mạnh mẽ như Apache Hadoop và Apache Spark. Phần lớn các framework này được phát triển bằng Java và Scala, giúp Java có khả năng xử lý, phân tích khối lượng dữ liệu khổng lồ một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Phát triển web

Trong phát triển ứng dụng web, Java luôn được xem là lựa chọn ưu tiên nhờ sự hỗ trợ của các framework như Spring, Hibernate hay Struts. Với Java, lập trình viên có thể xây dựng các ứng dụng web có tính bảo mật cao, hoạt động ổn định và dễ dàng mở rộng khi cần.

Trí tuệ nhân tạo

Java còn được ứng dụng trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI) nhờ khả năng đa luồng và tính mở rộng linh hoạt. Ngôn ngữ này sở hữu nhiều thư viện hỗ trợ các mô hình học máy, xử lý ngôn ngữ tự nhiên và thuật toán AI, tiêu biểu như Deeplearning4j, Weka và Apache Mahout.

Internet of Things (IoT)

Trong lĩnh vực Internet of Things (IoT), Java được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng tương thích cao với các thiết bị và hệ thống nhúng. Những yêu cầu khắt khe của IoT như tính bảo mật, độ ổn định và khả năng chạy trên nhiều nền tảng khác nhau đều là những thế mạnh mà Java có thể đáp ứng hiệu quả.

Ứng dụng doanh nghiệp

Từ nhiều năm nay, Java luôn được ưu tiên sử dụng trong việc phát triển các hệ thống quản lý doanh nghiệp như ERP, CRM hay các giải pháp quản lý quy trình kinh doanh phức tạp. Nhờ Java Enterprise Edition (Java EE), doanh nghiệp có thể xây dựng những ứng dụng quy mô lớn, bảo mật cao và đáp ứng tốt nhu cầu vận hành hiện đại.

Những phiên bản của Java

Những phiên bản của Java đã không ngừng được cải tiến qua từng giai đoạn (Nguồn: Internet)

Java Standard Edition (Java SE): Nền tảng cơ bản dùng để phát triển các ứng dụng chạy trên giao diện dòng lệnh, ứng dụng mạng cũng như các ứng dụng dạng desktop (Win Form).

Java Enterprise Edition (Java EE): Mở rộng từ Java SE, hỗ trợ xây dựng các ứng dụng web và các hệ thống quy mô doanh nghiệp.

Java Mobile Edition (Java ME): Nền tảng chuyên biệt để phát triển ứng dụng cho các thiết bị di động và hệ thống nhúng.

Hướng dẫn cách tải và cài đặt Java trên Windows

Việc tải và cài đặt Java trên máy tính Windows khá đơn giản nếu bạn thực hiện đúng theo từng bước hướng dẫn. Quy trình cài đặt gần như giống nhau trên mọi phiên bản Windows, và trong bài này TopDev sẽ minh họa trên Windows 11.

Bước 1: Tải Java về máy tính

Hãy mở trang tải Java dành cho Windows, sau đó thực hiện theo các bước:

• Lựa chọn phiên bản JDK mới nhất (ví dụ: JDK 22).
• Chuyển sang tab Windows.
• Nhấn vào liên kết để tải xuống bản cài đặt x64 (x64 Installer).

Bước 2: Setup Java

• Mở tệp cài đặt Java vừa tải về bằng cách nhấp đúp chuột.
• Khi cửa sổ cài đặt xuất hiện, chọn Next để tiếp tục.

• Xác định thư mục lưu trữ cho các tệp cài đặt hoặc giữ nguyên đường dẫn mặc định, sau đó nhấn Next.

• Khi màn hình hiển thị thông báo Successfully Installed, chọn Close để hoàn tất quá trình.

Như vậy, bạn đã cài đặt thành công JDK 22 trên Windows. Để có thể biên dịch và chạy chương trình từ bất kỳ thư mục nào, bước tiếp theo là thiết lập biến môi trường Java.

Bước 3: Thiết lập biến môi trường trong Java

Để cấu hình biến môi trường Java trên Windows, hãy làm theo các bước sau:

Thêm Java vào biến hệ thống
Bước này giúp bạn có thể chạy Java từ dòng lệnh ở bất kỳ thư mục nào.

1. Mở menu Start, gõ tìm “environment variables”.

2. Chọn Edit the system environment variables.

3. Trong tab Advanced, nhấn Environment Variables.

4. Ở mục System variables, chọn biến Path rồi nhấn Edit.

5. Nhấn New, nhập đường dẫn đến thư mục bin trong Java.

6. Chọn OK để lưu thay đổi.

Thêm biến JAVA_HOME

1. Trong phần System variables, nhấn New để tạo biến mới.

2. Đặt tên biến là JAVA_HOME.

3. Nhập đường dẫn đến thư mục cài đặt JDK vào ô giá trị.

4. Nhấn OK để xác nhận.

Hoàn tất các bước trên, bạn đã thiết lập thành công biến môi trường Java trên Windows 11.

Qua những thông tin trên, chắc hẳn bạn đã hiểu rõ hơn Java là gì cũng như vai trò quan trọng của ngôn ngữ lập trình này trong nhiều lĩnh vực từ web, mobile cho đến game và hệ thống doanh nghiệp. Với sự ổn định, đa nền tảng và cộng đồng phát triển mạnh mẽ, Java luôn là lựa chọn hàng đầu cho những ai muốn bắt đầu sự nghiệp lập trình.

Nếu bạn quan tâm đến việc học Java và muốn phát triển kỹ năng lập trình của mình, hãy để lại thông tin liên hệ. CodeGym Đà Nẵng sẽ tư vấn chi tiết về khóa học Java phù hợp nhất dành cho bạn.