ESTRUCTURA DE UN PROGRAMA EN JAVA

Acerca de este tutorial

El tutorial de dos partes "Introducción a la programación Java" tiene como objetivo conseguir que los desarrolladores de software que sean nuevos en la tecnología Java estén listos y en movimiento con la programación orientada a objetos (OOP) y el desarrollo de aplicaciones del mundo real usando el lenguaje y la plataforma Java.

La primera parte es una introducción paso a paso a la OOP con el uso del lenguaje Java. El tutorial comienza con una visión general de la plataforma y el lenguaje Java y le siguen las instrucciones para establecer un entorno de desarrollo que consiste en un Kit de desarrollo de Java (JDK) y el Eclipse IDE. Una vez que se le hayan presentado los componentes de su entorno de desarrollo, comenzará a aprender la sintaxis Java básica en un modo práctico.

La Parte 2 cubre funciones de lenguaje más avanzadas, que incluyen expresiones regulares, genéricos, E/S y serialización. Los ejemplos de programación en la Parte 2 se desarrollan en base al objeto Person que usted comienza a desarrollar en la Parte 1.

Objetivos

Cuando haya terminado la Parte 1, estará familiarizado con la sintaxis del lenguaje Java básico y podrá escribir programas Java simples. Debería continuar con "Introducción a la programación Java, parte 2: construcciones para aplicaciones del mundo real" para desarrollarse sobre esta base.

Requisitos previos

Este tutorial es para desarrolladores de software que todavía no tienen experiencia con el código Java o la plataforma Java. El tutorial incluye una visión general de los conceptos de OOP.

Requisitos del sistema

Para completar los ejercicios de este tutorial, instale y establezca un entorno de desarrollo que consista en:

• JDK 6 de Sun/Oracle.
• IDE Eclipse para desarrolladores Java.

En el tutorial, se incluyen instrucciones de descarga e instalación para ambos.

La configuración recomendada del sistema es la siguiente:

• Un sistema que soporte Java SE 6 con al menos 1GB de memoria principal. Java 6 tiene soporte en Linux®, Windows® y Solaris®.
• Al menos 20MB de espacio en disco para instalar los componentes y ejemplos del software.

Visión general de la plataforma Java

La tecnología Java se usa para desarrollar aplicaciones para un amplio alcance de entornos, desde dispositivos del consumidor hasta sistemas empresariales heterogéneos. En esta sección, obtenga una vista de alto nivel de la plataforma Java y sus componentes. Vea Recursos para aprender más acerca de los componentes de la plataforma Java discutidos en esta sección.

El lenguaje Java

Como cualquier lenguaje de programación, el lenguaje Java tiene su propia estructura, reglas de sintaxis y paradigma de programación. El paradigma de programación del lenguaje Java se basa en el concepto de programación orientada a objetos (OOP), que las funciones del lenguaje soportan.

El lenguaje Java es un derivado del lenguaje C, por lo que sus reglas de sintaxis se parecen mucho a C: por ejemplo, los bloques de códigos se modularizan en métodos y se delimitan con llaves ({ y }) y las variables se declaran antes de que se usen.

Estructuralmente, el lenguaje Java comienza con paquetes. Un paquete es el mecanismo de espacio de nombres del lenguaje Java. Dentro de los paquetes se encuentran las clases y dentro de las clases se encuentran métodos, variables, constantes, entre otros. En este tutorial, aprenderá acerca de las partes del lenguaje Java.

El compilador Java

Cuando usted programa para la plataforma Java, escribe el código de origen en archivos .java y luego los compila. El compilador verifica su código con las reglas de sintaxis del lenguaje, luego escribe los códigos byte en archivos .class. Los códigos byte son instrucciones estándar destinadas a ejecutarse en una Java Virtual Machine (JVM). Al agregar este nivel de abstracción, el compilador Java difiere de los otros compiladores de lenguaje, que escriben instrucciones apropiadas para el chipset de la CPU en el que el programa se ejecutará.

La JVM

Al momento de la ejecución, la JVM lee e interpreta archivos .class y ejecuta las instrucciones del programa en la plataforma de hardware nativo para la que se escribió la JVM. La JVM interpreta los códigos byte del mismo modo en que una CPU interpretaría las instrucciones del lenguaje del conjunto. La diferencia es que la JVM es un software escrito específicamente para una plataforma particular. La JVM es el corazón del principio "escrito una vez, ejecutado en cualquier lugar" del lenguaje Java. Su código se puede ejecutar en cualquier chipset para el cual una implementación apropiada de la JVM está disponible. Las JVM están disponibles para plataformas principales como Linux y Windows y se han implementado subconjuntos del lenguaje Java en las JVM para teléfonos móviles y aficionados de chips.

El recolector de basura

En lugar de forzarlo a mantenerse a la par con la asignación de memoria (o usar una biblioteca de terceros para hacer esto), la plataforma Java proporciona una gestión de memoria lista para usar. Cuando su aplicación Java crea una instancia de objeto al momento de ejecución, la JVM asigna automáticamente espacio de memoria para ese objeto desde el almacenamiento dinámico, que es una agrupación de memoria reservada para que use su programa. El recolector de basura Java se ejecuta en segundo plano y realiza un seguimiento de cuáles son los objetos que la aplicación ya no necesita y recupera la memoria que ellos ocupan. Este abordaje al manejo de la memoria se llama gestión de la memoria implícita porque no le exige que escriba cualquier código de manejo de la memoria. La recogida de basura es una de las funciones esenciales del rendimiento de la plataforma Java.

El kit de desarrollo de Java

Cuando usted descarga un kit de desarrollo de Java (JDK), obtiene, — además del compilador y otras herramientas, — una librería de clase completa de programas de utilidad preconstruidos que lo ayudan a cumplir cualquier tarea común al desarrollo de aplicaciones. El mejor modo para tener una idea del ámbito de los paquetes y bibliotecas JDK es verificar la documentación API JDK (vea Recursos).

El Java Runtime Environment

El Java Runtime Environment (JRE, también conocido como el Java Runtime) incluye las bibliotecas de códigos de la JVM y los componentes que son necesarios para programas en ejecución escritos en el lenguaje Java. Está disponible para múltiples plataformas. Puede redistribuir libremente el JRE con sus aplicaciones, de acuerdo a los términos de la licencia del JRE, para darles a los usuarios de la aplicación una plataforma en la cual ejecutar su software. El JRE se incluye en el JDK.

Configuración de su entorno de desarrollo de Java

En esta sección, tendrá instrucciones para descargar e instalar el JDK 6 y el lanzamiento actual de IDE Eclipse y para configurar su entorno de desarrollo de Eclipse.

Si usted ya ha instalado el JDK e IDE Eclipse, tal vez quiera saltar a la secciónGetting started with Eclipse o a la que le sigue, Object-oriented programming concepts.

Su entorno de desarrollo

El JDK incluye un conjunto de herramientas de línea de comandos para compilar y ejecutar su código Java, que incluye una copia completa del JRE. Aunque usted ciertamente puede usar estas herramientas para desarrollar sus aplicaciones, la mayoría de los desarrolladores valoran la funcionalidad adicional, la gestión de tareas y la interfaz visual de un IDE.

Eclipse es un IDE de código abierto popular para el desarrollo Java. Maneja las tareas básicas, tales como la compilación de códigos y la configuración de un entorno de depuración, para que pueda centrase en escribir y probar códigos. Además, puede usar Eclipse para organizar archivos de códigos de origen en proyectos, compilar y probar esos proyectos y almacenar archivos de proyectos en cualquier cantidad de repositorios de origen. Necesita tener instalado un JDK para usar Eclipse para el desarrollo Java.

Instale JDK 6

Siga estos pasos para descargar e instalar JDK 6:

• Navegue hasta Java SE Downloads y haga clic en el recuadro Java Platform (JDK) para visualizar la página de descarga de la última versión del JDK (JDK 6, actualización 21 al momento de escritura).
• Haga clic en el botón Download.
• Seleccione la plataforma del sistema operativo que necesita.
• Se le pedirá el nombre de usuario y contraseña de su cuenta. Ingréselos si tiene una cuenta, regístrese si no la tiene o puede hacer clic en Continuepara saltar este paso y continuar para hacer la descarga.
• Guarde el archivo en su unidad de disco duro cuando se lo solicite.
• Cuando se complete la descarga, ejecute el programa de instalación. (El archivo que acaba de descargar es un archivo ZIP autoextraíble que también es el programa de instalación). Instale el JDK en su unidad de disco duro en un una ubicación fácil de recordar (por ejemplo, C:\home\jdk1.6.0_20 en Windows o ~/jdk1.6.0_20 en Linux). Es una buena idea codificar el número de actualización en el nombre del directorio de instalación que usted elija.

Ahora tiene un entorno Java en su máquina. A continuación, instalará el IDE Eclipse.

Instale Eclipse

Para descargar e instalar Eclipse, siga estos pasos:

• Navegue hasta Eclipse Galileo Sr2 Packages.
• Haga clic en Eclipse IDE for Java Developers.
• Bajo los Enlaces de descarga en el lado derecho, seleccione su plataforma.
• Seleccione la réplica desde la cual quiere hacer la descarga, luego guarde el archivo en su unidad de disco duro.
• Extraiga los contenidos del archivo .zip a una ubicación en su disco duro que pueda recordar fácilmente (por ejemplo, C:\home\eclipse en Windows o ~/eclipse en Linux).

Configure Eclipse

El IDE Eclipse se coloca encima del JDK como una extracción útil pero todavía necesita acceder al JDK y sus diversas herramientas. Antes de que pueda usar Eclipse para escribir el código Java, tiene que indicarle dónde está ubicado el JDK.

Para configurar su entorno de desarrollo Eclipse:

• Inicie Eclipse al hacer doble clic en eclipse.exe (o el ejecutable equivalente para su plataforma).
• Aparecerá el Iniciador del espacio de trabajo, que le permitirá seleccionar una carpeta raíz para sus proyectos Eclipse. Elija una carpeta que recuerde fácilmente, por ejemplo C:\home\workspace en Windows o ~/workspace en Linux.
• Descarte la pantalla Bienvenido a Eclipse.
• Haga clic en Window > Preferences > Java > Installed JREs. La Ilustración 1 muestra la pantalla de configuración para el JRE:
  • Ilustración 1. Configuración del JDK que Eclipse utiliza.

• Ingrese Intro como nombre del proyecto y haga clic en Finish.
• Si quiere modificar los parámetros predeterminados del proyecto, haga clic en Next. (Esto se recomienda solo si tiene experiencia con el IDE Eclipse).
• Haga clic en Finish para aceptar la configuración del proyecto y crear el proyecto.

Ahora ha creado un nuevo proyecto Java de Eclipse y carpeta de origen. Su entorno de desarrollo está listo para actuar. Sin embargo, una comprensión del paradigma OOP, — que se cubre en las siguientes dos secciones de este tutorial, — es esencial. Si usted está familiarizado con los conceptos y principios de OOP, tal vez quiera saltar a Getting started with the Java language.

Conceptos de programación orientada a objetos

El lenguaje Java está (en su mayor parte) orientado a objetos. Si no ha utilizado un lenguaje orientado a objetos antes, sus conceptos pueden parecer extraños al principio. Esta sección es una breve introducción a los conceptos del lenguaje OOP, que utiliza programación estructurada como punto de contraste.

¿Qué es un objeto?

Los lenguajes de programación estructurada como C y COBOL siguen un paradigma de programación muy diferente de los orientados a objetos. El paradigma de programación estructurada está altamente orientado a datos, lo cual significa que usted tiene estructuras de datos por una parte y luego instrucciones del programa que actúan sobre esos datos. Los lenguajes orientados a objetos, como el lenguaje Java, combinan datos e instrucciones del programa en objetos.

Un objeto es una entidad independiente que contiene atributos y comportamientos y nada más. En lugar de tener una estructura de datos con campos (atributos) y pasar esa estructura a toda la lógica del programa que actúa sobre ella (comportamiento), en un lenguaje orientado a objetos, se combinan los datos y la lógica del programa. Esta combinación puede ocurrir en niveles completamente diferentes de granularidad, desde objetos específicos como un Number hasta objetos de aplicación general como un servicio deFundsTransfer en una gran aplicación bancaria.

Objetos padre e hijo

Un objeto padre es aquel que sirve como la base estructural para derivar objetos hijos más complejos. Un objeto hijo se parece a su padre pero es más especializado. El paradigma orientado a objetos le permite reutilizar los atributos y comportamientos comunes del objeto padre y le agrega a sus objetos hijos atributos y comportamientos que difieren. (Usted aprenderá más sobreherencia en la siguiente sección de este tutorial).

Comunicación y coordinación de objetos

Los objetos se comunican con otros objetos por medio del envío de mensajes (llamadas de método en el lenguaje Java). Además, en una aplicación orientada a objetos, el código del programa coordina las actividades entre objetos para realizar tareas dentro del contexto del dominio de aplicación dado. (En el paradigma Modelo-Vista-Controlador, este código de programa de coordinación es el Controlador. Vea Recursos para aprender más acerca de MVC).

Resumen del objeto

Un objeto bien escrito:

• tiene límites nítidos.
• realiza un conjunto limitado de actividades.
• conoce solo lo relacionado a sus datos y cualquier otro objeto que necesite para cumplir sus actividades.

Básicamente, un objeto es una entidad diferenciada que tiene solo las dependencias necesarias de otros objetos para realizar sus tareas.

Ahora verá cómo luce un objeto.

El objeto Person

Comenzaré con un ejemplo que está basado en escenario común de desarrollo de aplicación: se representa a un individuo con un objeto Person.

Volviendo a la definición de un objeto, usted sabe que un objeto tiene dos elementos primarios: atributos y comportamiento. Verá cómo estos se aplican al objeto Person.

Atributos

¿Qué atributos puede tener una persona? Algunos atributos comunes incluyen:

• Nombre
• Edad
• Altura
• Peso
• Color de ojos
• Género

Probablemente a usted se le pueden ocurrir más (y siempre puede agregar más atributos más tarde) pero esta lista es un buen comienzo.

Comportamiento

Una persona real puede hacer todo tipo de actividades pero los comportamientos de los objetos normalmente se relacionan con algún tipo de contexto de aplicación. En un contexto de aplicación de negocio, por ejemplo, puede querer preguntarle a su objeto Person: "¿Qué edad tiene?" Como respuesta, Person le diría el valor de su atributo de Edad.

Una lógica más compleja podría estar oculta dentro del objeto Person pero por ahora suponga que esa Person tiene el comportamiento de responder estas preguntas:

• ¿Cuál es su nombre?
• ¿Qué edad tiene?
• ¿Cuál es su altura?
• ¿Cuánto pesa?
• ¿Cuál es su color de ojos?
• ¿Cuál es su género?

Estado y cadena

El Estado es un concepto importante en OOP. El estado de un objeto se representa en cualquier momento por medio del valor de sus atributos.

En el caso de Person, su estado se define por sus atributos, tales como nombre, edad, altura y peso. Si usted quisiera presentar una lista de varios de esos atributos, podría hacerlo utilizando una clase de String, sobre la cual hablaré más en el tutorial posteriormente.

Juntos, los conceptos de estado y cadena le permiten decirle a Person: cuénteme quién es usted dándome un listado (o una String) de sus atributos.

Principios de OOP

Si usted viene de un ambiente de programación estructurada, la proposición de valores de OOP puede que no sea clara todavía. Después de todo, los atributos de una persona y cualquier lógica para recuperar (y convertir) sus valores pueden escribirse en C o COBOL. Esta sección clarifica los beneficios del paradigma OOP al explicar sus principios distintivos: encapsulamiento, herenciay polimorfismo.

Encapsulamiento

Recuerde que un objeto es, sobre todo, diferenciado o independiente. Este es el principio de encapsulamiento en funcionamiento. Ocultación es otro término que a veces se usa para expresar la naturaleza independiente y protegida de los objetos.

Sin tener en cuenta la terminología, lo que es importante es que el objeto mantiene un límite entre su estado y comportamiento y el mundo exterior. Como los objetos del mundo real, los objetos usados en la programación de computadora tienen diversos tipos de relaciones con diferentes categorías de objetos en las aplicaciones que los utilizan.

En la plataforma Java, puede usar especificadores de acceso (los que presentaré más adelante en el tutorial) para variar la naturaleza de las relaciones de los objetos desde lo público a lo privado. El acceso público tiene una gran apertura, mientras que el acceso privado significa que los atributos del objeto son accesibles solo dentro del objeto mismo.

El límite entre lo público y lo privado hace cumplir el principio orientado a objetos de encapsulamiento. En la plataforma Java, usted puede variar la fortaleza de ese límite sobre una base de objeto a objeto, al depender de un sistema de confianza. El encapsulamiento es una potente función del lenguaje Java.

Herencia

En la programación estructurada, es común copiar una estructura, darle un nombre nuevo y agregar o modificar los atributos que hacen que la nueva identidad (por ejemplo, un registro de Cuenta) sea diferente de su fuente original. Con el tiempo, este abordaje genera una gran cantidad de códigos duplicados, que pueden crear problemas de mantenimiento.

OOP presenta el concepto de herencia, por el cual los objetos especializados, — sin ningún código adicional, — pueden "copiar" los atributos y el comportamiento de los objetos de origen en los que se especializan. Si alguno de esos atributos o comportamientos necesitan modificarse, entonces simplemente modifíquelos temporalmente. Solo modifique lo que necesite modificar para crear objetos especializados. Como ya sabe desde la sección Object-oriented programming concepts, el objeto origen se llama el padre y la especialización nueva se llama elhijo.

Herencia en funcionamiento

Suponga que está escribiendo una aplicación de recursos humanos y quiere usar el objeto Person como base para un objeto nuevo llamado Employee. Al ser el hijo de Person, el Employee tendría todos los atributos de un objeto Person, junto con los adicionales, tales como:

• Número de identificación del contribuyente
• Fecha de contratación
• Salario

La herencia hace que sea fácil crear la nueva clase de Employee del objeto sin necesidad de copiar manualmente todo el código de Person o mantenerlo.

Verá muchos ejemplos de herencia en la programación Java más adelante en el tutorial, especialmente en la Part 2.

Polimorfismo

El polimorfismo es un concepto más difícil de entender que el encapsulamiento o la herencia. Básicamente, significa que los objetos que pertenecen a la misma ramificación de una jerarquía, cuando se envía el mismo mensaje (es decir, cuando se le indica que realice lo mismo), pueden manifestar ese comportamiento de modo diferente.

Para entender cómo el polimorfismo se aplica a un contexto de aplicación de negocio, regrese al ejemplo de Person. ¿Recuerda indicarle a Person que formatee sus atributos en una String? El polimorfismo hace que sea posible para Person representar sus atributos en una variedad de formas, dependiendo del tipo de Person que sea.

El polimorfismo es uno de los conceptos más complejos con los que se encontrará en OOP en la plataforma Java y no dentro del ámbito de un tutorial introductorio. Vea Recursos si quiere aprender más acerca del polimorfismo.

Comenzar con el lenguaje Java

Sería imposible introducir toda la sintaxis del lenguaje Java en un solo tutorial. Lo que resta de la Parte 1 se centra en los conceptos básicos del lenguaje, por lo que le da suficiente conocimiento y práctica para escribir programas simples. OOP se trata por completo de los objetos, por lo cual esta sección comienza con dos temas relacionados específicamente con la forma en que el lenguaje Java los maneja: palabras reservadas y la estructura de un objeto Java.

Palabras reservadas

Como cualquier lenguaje de programación, el lenguaje Java designa ciertas palabras que el compilador reconoce como especiales y, como tales, usted no tiene permitido usarlas para nombrar sus construcciones Java. La lista de palabras reservadas es sorprendentemente corta:

• abstracto
• afirmar
• booleano
• interrupción
• byte
• caso
• capturar
• caract.
• clase
• const.
• continuar
• predeterminado
• hacer
• doble
• else
• enumer.
• extiende
• final
• finalmente
• flotante
• para
• ir a
• si
• implementa
• importar
• instancia de
• int
• interfaz
• largo
• nativo
• nuevo
• paquete
• privado
• protegido
• público
• retorno
• corto
• estático
• strictfp
• súper
• conmutador
• sincronizado
• esto
• arrojar
• arroja
• transitorio
• intentar
• inválido
• volátil
• mientras

Observe que true, false y null técnicamente no son palabras reservadas. Aunque son literales, las incluyo en esta lista porque no puede usarlas para nombrar construcciones Java.

Una ventaja de la programación con un IDE es que puede usar coloreado de sintaxis para palabras reservadas, como verá más adelante en este tutorial.

Estructura de un objeto Java

Recuerde que un objeto es una entidad diferenciada que contiene atributos y comportamiento. Eso significa que tiene un límite nítido y un estado y puede realizar actividades cuando se lo piden correctamente. Cada lenguaje de orientación a objetos tiene reglas sobre cómo definir un objeto.

En el lenguaje Java, los objetos se definen como se demuestra en el Listado 1

Listado 1. Definición de objeto

Un accessSpecifier de una clase podría tener varios valores pero, por lo general, es público. Observará otros valores de accessSpecifier pronto.

Convenios de denominación de clases

Puede denominar a las clases prácticamente como quiera pero el convenio es usar bicapitalización: comenzar con una letra en mayúscula, usar mayúscula en la primera letra de cada palabra concatenada y dejar todas las otras letras en minúscula. Los nombres de las clases deberían contener solo letras y números. Adherirse a estas guías asegurará que su código sea más accesible para otros desarrolladores que siguen los mismos convenios.

Las clases pueden tener dos tipos de miembros: variables y métodos.

Variables

Los valores de las variables de una clase dada distinguen cada instancia de esa clase y define su estado. A estos valores a menudo se los denomina variables de instancia. Una variable tiene:

• Un accessSpecifier
• Un dataType
• Un variableName
• Opcionalmente, un initialValue

Lo posibles valores de accessSpecifier son:

• público: Cualquier objeto en cualquier paquete puede ver la variable. (Nunca use este valor).
• protegido: Cualquier objeto definido en el mismo paquete, o una subclase (definida en cualquier paquete), puede ver la variable.
• Ningún especificador (también llamado acceso amigable o privado al paquete): Solo los objetos cuyas clases se definen en el mismo paquete pueden ver la variable.
• privado: Solo la clase que contiene la variable puede verla

El dataType de una variable depende de lo que la variable sea, — podría ser un tipo primitivo u otro tipo de clase (repito, profundizaremos sobre esto más adelante).

El variableName depende de usted pero, por convenio, los nombres de las variables usan el convenio de bicapitalización que describí anteriormente, con la excepción de que comienzan con una letra minúscula. (A este estilo a veces se lo llama lowerCamelCase).

No se preocupe por el initialValue por ahora; solo sepa que puede inicializar una variable de instancia cuando la declara. (De otro modo, el compilador genera una predeterminación por usted que se establecerá cuando se cree una instancia de la clase).

Ejemplo: Definición de clase de Person

Antes de seguir con los métodos, aquí hay un ejemplo que resume lo que ha aprendido hasta ahora. El Listado 2 es una definición de clase de Person:

Listado 2. Definición de clase básica de Person

El accessSpecifier de un constructor es el mismo que el de las variables. El nombre del constructor debe coincidir con el nombre de la clase. Por lo tanto, si llama a su clase Person, entonces el nombre del constructor también debe ser Person.

Para cualquier constructor que no sea el constructor predeterminado, usted pasa unaargumentList, que es una o más de: