Tópico 03 - Introdução ao Java

Plataforma Java

• Criada em 1995
• Desenvolvida pela Sun Microsystems até 2010
• Propriedade da Oracle Corporation
• Conjunto de softwares e padrões
  • Linguagem
  • Kits de desenvolvimento
  • Máquina Virtual

Linguagem Java

• Criada por James Gosling (1991)
• Inspirada em C++
• Foi inicialmente chamada de Oak
• Foco em portabilidade, desempenho e segurança

Características da Linguagem

• Fortemente tipada
• Baseada em classes e orientada a objetos
• Portável (escreva uma vez, rode em qualquer lugar)
• Gerenciamento automático de memória
• Ampla biblioteca padrão
• Grande comunidade e ecossistema

Linguagem Fortemente Tipada

Variáveis devem ser declaradas com o tipo de dado que será armazenado. Tipos de dados podem ser primitivos (int, float, boolean) ou objetos (String, Pessoa).

int idade = 20;
String nome = "Ramon";

Ao contrário de linguagens fracamente tipadas (como JavaScript e Python), não é possível alterar o tipo de dado de uma variável após sua declaração. Isso ajuda a evitar erros e torna o código mais previsível.

Tipos de Dados Primitivos

Tipos de Dados Não Primitivos

Tipos de dados não primitivos são objetos que podem conter múltiplos valores e métodos.

String nome = "Ramon";

List<String> frutas = new ArrayList<>();
frutas.add("Maçã");

Map<String, Integer> idadePorNome = new HashMap<>();
idadePorNome.put("Tim", 60);

Baseado em Classes

Objetos são criados a partir da estrutura das classes. Usamos uma estrutura de classe com propriedades (variáveis) e métodos (funcionalidades).

public class Pessoa {
    public String nome;
    public int idade;

    public void andar() {
        Mundo.mover(this, 10, 0);
    }

    public void falar(String texto) {
        System.out.println(texto);
    }
}

Instanciando uma Classe

Objetos são criados a partir da estrutura das classes. Usamos o operador new para criar um novo objeto na memória.

Pessoa pessoa = new Pessoa();
pessoa.nome = "Ramon";
pessoa.andar();

Java Development Kit (JDK)

O JDK inclui:

• compilador - javac
• interpretador - java
• debug - jdb
• empacotamento - jar
• documentação - javadoc
• bibliotecas padrão - coleções, I/O, rede, etc.

Java Virtual Machine (JVM)

• Código-fonte aberto em 2007
• Roda programas compilados
• O ambiente completo é chamado de Java Runtime Environment
  • Inclui bibliotecas e a JVM
• Especificação com várias implementações:
  • Hotspot: desempenho robusto
  • GraalVM: múltiplas linguagens
  • OpenJ9: baixo consumo de memória e inicialização rápida

Gerenciamento de Memória

Java Heap Space

A Java Heap Space é a área de memória onde os objetos são alocados dinamicamente. É gerenciada pela JVM e é onde ocorre a coleta de lixo.

Garbage Collection

Em vez de alocar e desalocar memória manualmente, Java utiliza um processo automático chamado Garbage Collection.

• O Garbage Collector remove da memória objetos não referenciados
• Processo automático
• Libera o programador de alocar e desalocar recursos da memória
• Não é possível forçar a coleta de lixo do ponto de vista do programador

Object meuObjeto = new Object(); // novo objeto é alocado na memória
meuObjeto = null; // objeto fica sem referência e aguarda deleção pelo GC

Como seria na linguagem C:

int *ptr; // inicia um ponteiro
ptr = (int*) malloc(sizeof(int)); // aloca uma área de memória do tamanho de um inteiro
free(ptr); // libera área de memória

Uso de memória

Referências possuem geralmente 4 bytes.

Sintaxe

A sintaxe do Java é inspirada em C/C++ e possui algumas particularidades:

• Sensível a maiúsculas e minúsculas
• Declaração de variáveis tipadas
• Uso de {} para definir blocos de código
• Uso de ; para terminar instruções
• Comentários com // ou /* ... */
• Convenção de nomenclatura PascalCase para classes e métodos e camelCase para variáveis

Declarações

Declarações de variáveis são realizadas de maneira tipada (é necessário informar que tipo de dado vamos armazenar em uma variável).

Para declarações de variáveis dentro de classes, podemos utilizar também o modificador de acesso (public, protected, private). A essas variáveis damos o nome de atributos.

public int numero;
public String nome;
protected boolean estaChovendo;
private String[] chamada;

Métodos

Métodos, que são como funções em outras linguagens, também possuem modificadores de acesso.

public void imprimir() {

}

public String retornaNome(String nome) {
    return nome;
}

public int calcula(int a, int b) {
    return a + b;
}

Booleanos

Representam tipos de dados que só podem assumir dois valores (true e false). Tipicamente ocupam um byte de memória.

boolean estaChovendo = true;
boolean vaiChover = estaChovendo || (probabilidadeChuva > 90);

Utilizam operadores de comparação (como >, < e ==) e operadores booleanos:

• || - OU
• && - E
• ! - NEGAÇÃO

Strings

Strings são sequências de caracteres utilizadas para representar texto. São representadas por " (aspas duplas) e podem ser concatenadas (unidas) usando o operador + (soma).

String nome = "Wesley";
String sobrenome = "Safadão";
String artista = nome + " " + sobrenome;

Strings são imutáveis, significando que, após criadas, não serão modificadas.

Métodos de Strings

Assumindo que acabamos de criar uma nova string chamada texto, podemos utilizar os seguintes métodos:

• texto.length() - retorna o tamanho do texto
• texto.equals("teste") - compara se o conteúdo de texto é igual a "teste"
• texto.toLowerCase() - retorna o conteúdo de texto em caixa baixa
• texto.toUpperCase() - retorna o conteúdo de texto em caixa alta
• texto.replace("a", "b") - substitui todos os caracteres a por b
• texto.split("x") - quebra a string em várias strings usando a letra x

Arrays

Arrays são estruturas capazes de armazenar múltiplos valores de um mesmo tipo sob uma mesma variável de referência.

// declara um novo vetor com 6 números inteiros
int[] numerosMegaSena = new int[6];
// numerosMegaSena ==> int[6] { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }

Arrays em Java possuem tamanho fixo definido ao serem instanciados. A primeira posição de um vetor sempre será 0.

numerosMegaSena[0]; // acessa a primeira posição do vetor anterior
numerosMegaSena[5]; // acessa a última posição do vetor anterior
numerosMegaSena[6]; // IndexOutOfBounds - fora de posição

Também podemos utilizar as chaves para gerar um novo vetor com valores pré-definidos:

int[] numerosMegaSena = {4, 11, 19, 25, 33, 42};

Vetores de qualquer tipo de dado podem ser gerados, incluindo os não primitivos:

Object[] dados = {"matrix", 10, true};

Os valores acima são respectivamente String, Integer e Boolean, que são, por definição, todos herdeiros da classe Object.

Percorrendo vetores

String[] linhas = {"Içara", "Maracajá", "Araranguá", "Cocal do Sul"};

for (int i = 0; i < linhas.length; i++) {
    System.out.println(linhas[i]);
}

ou

for (String l : linhas) {
  System.out.println(l);
}

Métodos de Arrays

Assumindo que acabamos de criar um novo array chamado lista, podemos utilizar os seguintes métodos:

• lista.length - retorna o tamanho do vetor
• lista.equals(lista2) - compara se o vetor lista é igual ao vetor lista2. Vetores são iguais se possuem mesmo tamanho, valores iguais e na mesma ordem.
• Arrays.toString(lista) - imprime o conteúdo do vetor em forma de texto
• Arrays.fill(lista, 1) - preenche todas as posições do vetor com o valor 1
• Arrays.sort(lista) - ordena o vetor por ordem numérica ou lexicográfica

Console

Para imprimir no console:

System.out.println("Hello World!");

Para ler dados do console, especialmente o que é digitado pelo usuário:

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String nome = scanner.nextLine();

Estrutura de Decisão

Estruturas de decisão são responsáveis por definir o fluxo de execução de um código. Essas decisões geralmente criam diferentes rotas para a aplicação e devem ser pensadas com cuidado, pois aumentam o número de testes necessários para um código (test covering).

IF-ELSE

Utilizado para definir o fluxo do código. Testes booleanos (true ou false) são usados como condição para executar ou não um bloco de código.

if (condicaoBooleana) {
    executeIssoSeVerdadeiro();
}

if (condicaoBooleana) {
    executeIssoSeVerdadeiro();
} else {
    executeIssoSeFalso();
}

Operador Ternário

Tem como objetivo retornar um valor a partir de uma condicional, em uma única expressão:

int valorFinal = condicaoBooleana ? valorSeVerdadeiro : valorSeFalso;

Estrutura de Repetição

Estruturas de repetição permitem executar blocos de código diversas vezes, geralmente com parâmetros diferentes a cada iteração.

As duas principais estruturas que utilizamos (em diversas linguagens) são:

• for
• while

for tradicional

Usado geralmente para iterar sobre uma quantidade definida de operações. É composto por declaração, condição booleana e uma operação pós-loop, porém todos os valores são opcionais.

int quantidadeDeIteracoes = 5;
for (int i = 0; i < quantidadeDeIteracoes; i++) {
    // faça isso
}

for-each

Usado para iterar sobre coleções iteráveis (especialmente vetores).

String[] cidades = {"Içara", "Forquilhinha", "Maracajá"};
for (String c : cidades) {
    System.out.println(c);
}

while

Usado geralmente para iterar quando a condição booleana deve ser manipulada de dentro do loop. Similar ao for-loop tradicional.

while (condicaoBooleana) {
    // repete enquanto a condição booleana for verdadeira
}

Imports e Packages

Packages são usados no Java para organizar diferentes conjuntos de classes. Cada classe possui seu package definido logo no início do documento.

// package [nome_do_pacote]
package com.organizacao.modelos;

Para referenciar uma classe ou um conjunto delas (packages), é preciso declarar suas importações diretamente no arquivo onde serão utilizadas.

// import [nome_do_pacote]
import com.organizacao.modelos.Pessoa;
import com.organizacao.servicos.*;
// ...

public static void main(String[] args) {
    Pessoa pessoa = new Pessoa();
}

Sem a declaração de import é necessário especificar o caminho completo do package de uma classe.

// sem imports
// ...

public static void main(String[] args) {
    com.organizacao.modelos.Pessoa pessoa = new com.organizacao.modelos.Pessoa();
}

Por que usar packages?

• Encapsulam um conjunto de classes
• Evitam conflitos de nome e garantem encapsulamento e proteção

Entradas e Saídas

O terminal é uma interface de linha de comando que permite interagir com o sistema operacional. Em Java, podemos ler e escrever no terminal usando a classe System.

Saída no Terminal

Para imprimir no terminal, usamos o método println da classe System.out.

System.out.println("Olá, mundo!");

Entrada do Terminal

Para ler entradas do terminal, usamos a classe Scanner, que permite capturar dados digitados pelo usuário.

import java.util.Scanner;

public class ExemploEntrada {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("Digite seu nome: ");
        String nome = scanner.nextLine();
        System.out.println("Olá, " + nome + "!");
        scanner.close();
    }
}

Métodos do Scanner

O Scanner é uma classe que facilita a leitura de entradas do usuário. Alguns dos métodos mais comuns incluem:

• nextLine() - lê uma linha inteira de texto.
• nextInt() - lê um número inteiro.
• nextDouble() - lê um número decimal.
• nextBoolean() - lê um valor booleano (true ou false).
• next() - lê a próxima palavra (até o próximo espaço).

Problemas com Scanner

Quebra de Linha

Ao ler uma entrada com os métodos nextInt ou nextDouble, o Scanner não consome o caractere de nova linha (\n) após a leitura, o que pode causar problemas ao ler entradas subsequentes.

import java.util.Scanner;

public class ExemploScanner {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("Digite um número: ");
        int numero = scanner.nextInt(); // lê um número inteiro
        System.out.println("Você digitou: " + numero);
        // Problema: o próximo nextLine() pode ser pulado
        scanner.nextLine(); // consome a quebra de linha pendente
        System.out.print("Digite seu nome: ");
        String nome = scanner.nextLine(); // agora lê corretamente
        System.out.println("Olá, " + nome + "!");
        scanner.close();
    }
}

Para resolver esse problema, podemos adicionar um scanner.nextLine() após a leitura do número para consumir o caractere de nova linha.

Localização no Scanner

O Scanner usa, por padrão, a localização do sistema operacional para interpretar números e datas.

Ao usar o método nextDouble(), por exemplo, o Scanner espera que o separador decimal seja o mesmo usado na localização do sistema.

Em pt-BR, o separador decimal é a vírgula (,), enquanto em en-US é o ponto (.).

Referências

Na linguagem Java, objetos são manipulados por referências, que são como ponteiros para a memória onde o objeto está armazenado. Isso significa que, quando você atribui um objeto a uma variável, você está, na verdade, atribuindo uma referência ao objeto, não o objeto em si.

Pessoa pessoa1 = new Pessoa();
Pessoa pessoa2 = pessoa1; // pessoa2 agora referencia o mesmo objeto que pessoa1
pessoa2.nome = "Harry Potter"; // altera o nome do objeto referenciado por pessoa1
System.out.println(pessoa1.nome); // imprime "Harry Potter"