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Informatik mit Java

Teil a)

a)  Grundlegendes zu Java, benötigte Software und deren Installation"Java"

Die folgenden Überschriften sind die Themen der nachfolgenden Seiten:

b)  Erste Programme, Kontrollstrukturen, Autorennen, Aufzug, Objekte sowie Verweise (Links) auf fremde Java-Seiten
c)  Sortieren und Suchen in Java; GUI-Oberfläche mit der Java-AWT
d)  Adressbuch- bzw. Fuhrpark-Verwaltung mit Java; Dateioperationen
e)  Lineare Abstrakte Datentypen (Keller, Schlangen, Listen) und einige Anwendungen (z.B. Tiefen- und Breitensuche im Labyrinth)
f) Abstrakter Datentyp Baum ([binärer] Sortierbaum, Rechenbaum, Spielbaum)
g) Abstrakter Datentyp Graph (Adjazenzmatrix u. -listen, typische Fragestellungen, Tiefen- u. Breitensuche)
h) Bau eines Compilers Java -> 1_AMOR (Syntaxdiagramm, Scanner, Parser, Variablentabelle, Codeerzeuger)

für eine ausführlichere Beschreibung der weiteren Seiten zur „Informatik mit Java" siehe Übersicht auf der Informatik-Hauptseite !



bunte horizontale Linie



Grundlegendes zu Java,
benötigte Software und deren Installation

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Was ist Java?

Java ist eine aktuelle Programmiersprache, die vor allem durch das Internet viel Verbreitung erfahren hat, aber durchaus auch für ernsthafte Anwendungen und den Schulunterricht taugt. Die Syntax ähnelt eher C/C++ als Pascal, also z.B. { .. } statt begin .. end !


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Ist Java schon überholt ?

Nein. Java ist eine der jüngsten Programmiersprachen, erfreut sich wachsender Verbreitung und wird ständig weiter entwickelt. Selbst die Delphi-Schmiede Borland steigt zunehmend auf Java um. Und von dem in Deutschland 2000 angekündigten konzeptionell angeblich nochmals verbesserten möglichen Java-Nachfolger LAVA, wo Programme - nach dem Vorbild der Lego-Baukästen - angeblich noch besser aus einzelnen wiederverwendbaren Bausteinen zusammen gesetzt werden können, hört man nichts mehr: Offenbar ist die Entwicklung von LAVA mit der Übernahme der GMD in die Fraunhofer-Gesellschaft gestorben, und nur noch einige ältere Webseiten (1, 2) künden von den guten Absichten - während Java selbst sich bester Gesundheit erfreut...


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Quelltext und Bytecode, Applications und Applets

Java-Programme werden von einer so genannten 'Virtual Machine' (VM) ausgeführt. Die zugehörigen VM-Dateien und -Bibliotheken müssen sich auf dem Rechner befinden - was aber bei einem installierten Webbrowser automatisch der Fall ist!

Um selbst ein Programm zu schreiben, muss man den Quelltext (=Programmtext) in einen Texteditor eintippen und als Datei mit der Endung .java speichern. Mittels eines Compilers wie javac wird daraus der von der VM ausführbare Bytecode (mit der Endung .class) erzeugt. Solche .class-Dateien können z.B. per Internet weitergegeben werden und dann auf allen Computern mit Java-VM ausgeführt werden (neuere Webbrowser enthalten deshalb immer eine VM). Leider lässt sich der Bytecode normalerweise mit geringem Aufwand wieder in den Quelltext rückübersetzen, so dass mit jedem Programm der zugehörige Programmtext und damit die zu Grunde liegende Idee fast öffentlich weiter gegeben wird. So genannte Obfuscatoren versprechen eine gewisse Abhilfe (Diese „Verwirrer" löschen Zeilenumbrüche und Einrückungen und ersetzten die Namen durch zufällige Zeichenkombinationen u.ä., um den Quelltext unlesbar zu machen).

Bei Java-Programmen unterscheidet man Applets, die zur Ausführung in eine Webseite eingebettet werden müssen, und Applications, die ohne HTML-Seite direkt mit dem Ausführungsprogramm java (nämlich der Virtuellen Maschine VM) gestartet werden können. Bei Applications und Applets - den beiden häufigsten Erscheinungsformen von Java-Programmen - muss der Bytecode auf dem Rechner vorliegen (oder zu dem Computer hingeschickt worden sein), auf dem das Programm ausgeführt wird. Allerdings besteht auch die Möglichkeit, Java-Programme auf einem Server oder verteilt auf verschiedenen Rechnern vorzuhalten.

Direkt-ausführbare .exe-Dateien lassen sich mit Java nicht ohne Weiteres erzeugen. Die in ein Archiv mit der Endung .jar zusammengepackten .class-Dateien eines Java-Projekts lassen sich allerdings inzwischen auf den meisten Betriebssystemen (mit installiertem Java-Runtime-Environment) ebenfalls durch einfachen Mausklick sofort starten, das heißt genau so leicht ausführen wie .exe-Dateien unter Windows. Java-Programme sind dabei auf verschiedensten Rechnern und unter fast allen Betriebssystemen lauffähig, während .exe-Programme ja nur unter Windows (oder unter Dos) und auf einer bestimmten Prozessorfamilie laufen. Im Übrigen gibt es von Drittanbietern inzwischen (kostenpflichtige) Compiler zum Erzeugen von .exe-Dateien für Intel/Windows, da solche Dateien zwar nicht portierbar, aber dafür etwas schneller in der Ausführung sind und den Programmtext besser schützen. Auch in die kostenlose, aber für den Normalnutzer wohl zu experimentelle Gnu-Compiler-Sammlung GCC wurde mit GCJ entsprechende Software aufgenommen. Nötig ist die Verwandlung in .exe-Dateien aber nicht!

Zum Programmieren mit Java werden wirklich gebraucht:

Compiler, JRE und umfangreiche Bibliotheken (wie in den beiden mittleren Punkten beschrieben) sind z.B. im Java-Development-Kit (JDK) enthalten. Ein Editor gehört zum Lieferumfang jedes Betriebssystems; spezielle Editoren werden unten noch vorgestellt. Im Folgenden werden Bezugsquellen der Software genannt und eine erprobte Installation beschrieben.



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Komponenten einer Java-Umgebung
unter Windows XP/2000/Vista/Windows7/8
inkl. Download-Adressen



Wegen der üblichen langen Dateinamen läuft Java nicht unter altem Dos oder Windows 3.1 - auf PCs ist mindestens ein 32-Bit-Windows (oder Linux oder ein anderes Betriebssystem mit langen Dateinamen) nötig. Die hier beschriebene Java-Umgebung wurde ausschließlich aus kostenlos nutzbaren Komponenten zusammen gestellt. Da sich die Bedingungen ändern können, sollten aber immer die jeweils aktuellen Lizenzbestimmungen beachtet werden! Alle Download-Adressen sind sorgfältig ausgewählt und wurden auf Funktionsfähigkeit getestet, können allerdings von mir nicht laufend überwacht werden - für den Inhalt fremder Seiten kann ich keine Verantwortung übernehmen! Sofern irgendwas nicht mehr klappt oder Sie Änderungen feststellen, würde ich mich über eine e-Mail mit einem entsprechenden Hinweis freuen.

Achtung: zur Installation der alten JDK 1.1.8 müssen auf der Festplatte noch ca. 60 MB frei sein; installiert man hingegen die 2012 aktuelle JDK 1.7 mit Dokumentation, sollten mindestens 500 MB Platz frei sein. Wer das Tutorial und noch die HTML-Versionen einiger Bücher hinzu nimmt, kann schnell über 1 GB benötigten Festplattenplatz kommen!




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Java-JDK und -Dokumentation (Java SE)

Wichtigster Bestandteil ist das Java Developement Kit (JDK) in der Variante SE (Standard Edition), inzwischen von der Firma Oracle erhältlich (früher von der Firma Sun; 2010 wurde Sun aber von Oracle übernommen). Die häufig, oft mit der Aufforderung "Get Java" verlinkte Java JRE (Java Runtime Environment) reicht nicht, wenn man selber programmieren will: Die JRE hilft lediglich, wenn man nur bereits fertig kompilierte Java-Programme ablaufen lassen will. Hier wird hingegen die JDK zum Entwickeln eigener Programme benötigt. Die JDK enthält auch eine JRE! (Wenn man vermeiden will, später mehrere, evtl. unterschiedliche und z.T. veraltete Java-Komponenten auf dem Rechner zu haben, empfiehlt es sich, vor der Installation der neuesten JDK alle alten JREs vom Computer zu deinstallieren. Denn die aktuelle JRE wird -- wie gesagt -- mit der JDK automatisch mit installiert.

Der Download der aktuellen Java-JDK SE umfasst rund 160 bis 170 MB (jdk) + 86 MB (doc) Download (= ausgepackt über 500 MB !) für die Version 1.8.0_20 (aktuelle Version im September 2014). Wer nicht so viel Platz hat, wäre auch mit der älteren Version 1.3.0 ausreichend bedient, die installiert nur ca.170 MB belegt (zwischenzeitlich statt JDK auch mal SDK = Sun Development Kit genannt). Für die meisten auf meinen Seiten vorgestellten Programmen reicht sogar die alte JDK-Version 1.1.8, wenn man für grafische Oberflächen nur das AWT, aber keine JButtons oder andere Swing-Komponenten verwenden will (nur knapp 9 MB Download + 3,6 MB Download für die Hilfen; installiert zusammen ca. 33 MB). Verschiedene Versionen können in getrennten Verzeichnisse nebeneinander installiert werden, was aber für den Normalverbraucher wenig Sinn macht.

Die Versionen werden durch immer umfangreichere Bibliotheken aufgebläht, d.h. stellen immer mehr vorgefertigte Möglichkeiten bzw. Objekte zur Verfügung, die die Programmiererin oder der Programmierer dann nicht mehr selbst schreiben muss - wenn sie oder er diese Objekte denn überhaupt braucht. Die Grundstruktur der Sprache, Schlüsselwörter und Kontrollstrukturen, sind hingegen so gut wie unverändert und nur gelegentlich -- insbesondere ab der Version 1.5 -- um neue Datenstrukturen ergänzt bzw. erweitert. Seit der Version 1.2.0 wird übrigens von „Java 2" gesprochen (und nicht etwa von „Java 4" bei der Version 1.4.2, während hingegen die Versionen 1.5 bis 1.8 wieder als „Java 5" bzw. „Java 8" bezeichnet werden - s.u.).

Die JDK gibt es gratis und zur kostenlosen Nutzung bei http://www.oracle.com/technetwork/java -- die alte URL http://java.sun.com kann z.Z. ebenfalls noch genutzt werden, weil sie automatisch zu Oracle umgeleitet wird (Stand September 2014).




Leider ist die benötigte JDK auf http://www.oracle.com/technetwork/java nicht ganz leicht zu finden, deshalb hier eine kurze Anleitung (wem der nachfolgende Text nicht reicht, kann hier eine etwa 1,1 MB große zip-Datei mit 12 Screenshots herunter laden, die das Verfahren für Java 1.7 illustriert, für die aktuelle Version 1.8 aber noch genaus funktioniert..Seit die Umstellung von Sun auf Oracle abgeschlossen ist, wird sich am Prinzip auch für neue Updates außer dem häufig wechselnden Bild links oben auf der ersten Seite vermutlich nicht allzuviel ändern):

12 Bilder Anleitung zum Download der Java-JDK u. -Doc
  1. Auf der Seite www.oracle.com/technetwork/java/index.html rechts im Kasten „Software Downloads / Top Downloads" auf 'Java SE' klicken
  2. Auf der neuen Seite die Schaltfläche "Java SE Downloads - Java Platform (JDK) 8u20" wählen.
  3. Es öffnet sich eine neue Seite für „Java SE Development Kit Downloads". Dort muss "Accept License Agreement" angeklickt bzw. ausgewählt werden , bevor weiter unten auf der gleichen Seite neben der Betriebssystem-Beschreibung die passende Datei ausgewählt wird. Für die 32-Bit-Versionen von Windows XP, Vista oder Windows 7 oder 8/8.1 auf PCs (gelten hier als Windows x86) muss rechts daneben auf den Dateinamen "jdk-8u20-windows-i586" geklickt werden
  4. Auf Nachfrage sollte die Datei gespeichert (und nicht etwa sofort ausgeführt) werden. Ggf ist dazu auch das Anklicken mit der rechten Maustaste und "Ziel speichern unter..." nötig, wenn der Download nicht von selbst startet.

(Die vorstehenden Schritte sind in den Bildern 1-jdk (1) bis (6) in/von java-download-scrs.zip auch nochmal gezeigt, während Bildschirmfotos zum nachfolgenden Installationsvorgang in java-installation-scrs.zip zu finden sind. Beide .zip-Dateien sind je etwa 1 MB groß). Die Bilder beziehen sich noch auf eine ältere Version, gelten aber sinngemäß auch für das neueste Update (hier Stand September 2014):

Die nachfolgenden Schritte beschreiben nun die Installation der jdk in der von mir vorgeschlagenen Verzeichnisstruktur (s.u.):

  1. Ist die Installationsdatei schließlich auf dem eigenen Rechner, kann sie (trotz evtl. Sicherheitswarnung) ausgeführt werden.
  2. Der Willkommensdailog muss mit „Next>" beendet werden, damit das Setup ausgeführt wird.
  3. Jetzt öffnet sich eine Dialogbox „Java(TM) SE Development Kit 7 Update 1 - Custom Setup". Hier empfehle ich im Rahmen der von mir unten vorgeschlagenen Verzeichnisstruktur statt der Installation in den vorgeschlagenen Pfad 'C:\Programm\Java\jdk1.8.0-20\' den Druck auf den „Change..."-Button und dann die Eingabe von „C:\JavaEntw\jdk18" in die untere Zeile 'Folder name:'. Dann „OK". und evtl. nochmal betätigen. Zurück im Custom-Setup-Fenster muss nochmal "Next>" gedrückt werden, damit die Installation wirklich beginnt.
  4. Jetzt wird die Installation ausgeführt. Im 'Progress'-Fenster erscheint ein Fortschrittsbalken.
  5. Nach kurzer Zeit öffnet sich eine neue Dialogbox „Java Setup - Destination Folder", die nachfragt, wohin die (in der jdk enthaltene) Runtime-Umgebung jre installiert werden soll. Hier kann das vorgeschlagene Verzeichnis 'C:\Programme\Java\jre8' akzeptiert und „Next>" gedrückt werden. Ich empfehle -- damit bei mehreren parallelen Java-Versionen zusammengehörige Dateien auch in einem Verzeichnis stehen -- auch hier mit "Change" den Zielordner auf „C:\JavaEntw\jdk18\jre" abzuändern und diesen mit "OK" und "Next>" zu bestätigen. (Die jre ist nötig, damit fertige, bereits compilierte Java-Programme ausgeführt werden können. Die jdk ist nötig, damit Programme überhaupt erstmal compiliert bzw. erzeugt werden können).
  6. Erneut wird (weiter) installiert, bis schließlich die „Complete"-Meldung die erfolgreiche Installation meldet. Dann ist keine Registrierung nötig; vielmehr kann direkt der „Finish"-Button betätigt werden (Ein evtl. sich trotzdem öffnendes Browser-Fenster kann ohne Registrierung einfach wieder geschlossen werden)
  7. Ist eine Firewall installiert, muss man evtl. zustimmen, dass das neu installierte Programm javaw.exe ins Internet gehen darf bzw. Browser-Helper und ActiveX-Elemente installiert, damit man später Java-Applets mit der neuen Java-JRE ansehen kann.
  8. Die Eigenschaften von Java können (unter Windows) in der Systemsteuerung (im Start-Menü unter 'Einstellungen') beeinflusst werden. Dort findet sich jetzt ein Eintrag 'Java'-Bedienungsfeld, das angeklickt das Java Control Panel öffnet. Wer nicht durch automatische Updates genervt werden will, kann hier beim Reiter 'Aktualisierung' das Häkchen vor den automatischen Aktualisieren entfernen oder zumindest unter Erweitert mit monatlich das längste Intervall wählen.

Damit ist benötigte Entwicklungsumgebung installiert (vgl. Bilder a bis o aus java-installation-scrs.zip. Die Installationsdatei „jdk-7u9-windows-i586.exe" kann jetzt gelöscht werden.

Für einen sinnvollen Gebrauch empfehle ich allerdings auch noch das Installieren der Dokumentation auf dem eigenen Rechner. Nur dann kann der später zu installierende Java-Editor automatisch den Programmtext ergänzen. Wie oben die jdk gibt es auch die docs auf der Seite http://www.oracle.com/technetwork/java, und in meiner Archiv-Datei "java-download-scrs.zip" mit 12 Screenshots illustrieren die Bilder 1-jdk (1) und 2-doc (1) bis (6) die folgenden Schritte:

  1. Wieder (wie oben in Schritt 1) auf der Seite www.oracle.com/technetwork/java/index.html rechts im Kasten „Software Downloads / Top Downloads" auf 'Java SE' klicken
  2. Auf der gleichen Download-Seite "Java SE Downloads" wie oben im Schritt 2. findet sich ziemlich weit unten (scrollen!) der Eintrag „Java SE 8 Documentation".Klicken Sie auf den "Download"-Button rechts daneben (Bild 2-doc (2)).
  3. Jetzt muss "Accept License Agreement" angeklickt werden und dann darunter der Dateiname "jdk-8u20-docs-all.zip", damit das Herunterladen beginnt (oder wieder mit Rechtsklick und "Ziel speichern unter...").
  4. Auf Nachfrage soll die ca. 86 MB große Archivdatei für die Anleitungen und Hilfen auf dem eigenen Rechner gepeichert werden, nicht direkt ausgeführt werden.
  5. Ist die Datei auf dem eigenen Rechner, kann im Windows-Explorer (oder auch über Eigene Dateien oder Arbeitsplatz) durch Doppelklick auf den Dateinamen der Extrahier-Assistent von Windows (oder ein anderes [Ent-]Packprogramm) geöffnet und dort „Weiter" geklickt werden.
  6. Der Extrahier-Assistent fordert nun zum „Ziel auswählen" auf. Hier muss jetzt unbedingt in die erste Eingabezeile (unter den Text 'Die Dateien werden in folgendes Verzeichnis extrahiert') der Pfad „C:\JavaEntw\jdk18" angegeben werden - bzw. das auch oben im Schritt 7. verwendete Verzeichnis. Bitte keinesfalls ein anderes oder einen Unterordner davon angeben! Stimmt das Verzeichnis, kann „Weiter >" gedrückt werden.

Achtung: Das Auspacken im Schritt 6. kann wegen der vielen kleinen Dateien, die in der Dokumentation enthalten sind, durchaus eine längere Zeit (bis zu 30 min) dauern! Ist die Dokumentation an Ort und Stelle (nämlich im Verzeichnis „C:\JavaEntw\jdk18\docs", das jetzt 7 Unterordner und die Datei 'index(.html)' enthalten muss, wovon man sich am besten mit dem Windows-Explorer überzeugt), kann „jdk-8u20-docs-all.zip" gelöscht werden.

Für den Download älterer Versionen (insbesondere auch der kleineren Version 1.1.8 oder 1.3.0, s.o.) kann noch die neue Oracle-Archiv-Seite http://www.oracle.com/technetwork/java/archive-139210.html genannt werden.

Für die geschickte Installation, insbesondere weiterer Software, folgen auf dieser Seite weiter unten noch Vorschläge - im Kapitel „Einrichten der Java-Umgebung unter Windows"!


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Java-Editoren bzw. Entwicklungsumgebungen

Außerdem ist ein Editor nötig. Grundsätzlich reicht der Windows-Editor (Notepad) oder jedes Textprogramm, das im ASCII- oder ANSI-Format speichern kann.

Spezielle Programmier-Editoren sind aber komfortabler, weil sie den Aufruf des Java-Compilers und des Internet-Browsers, des Appletviewers oder des Java-Ausführ-Programms beim Programmieren mit nur einem Mausklick oder einem Tastendruck ermöglichen (man spricht dann oft von integrierten Entwicklungsumgebungen, IDE). Außerdem werden Einrückungen beachtet und Schlüsselwörter farbig hervorgehoben, wodurch der Java-Quelltext übersichtlicher wird. Oft zeigen solche Editoren auch HTML-Tags farbig an, so dass sie sogar zum Erstellen von Webseiten gut verwendet werden können.

Statt riesiger kommerzieller Softwarepakete kann ich handliche, kostenlose und für Schule und Unterricht bzw. Anfänger bestens geeignete Editoren empfehlen:

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An erster Stelle sei der

Homepage http://www.javaeditor.org/index.php/Java-Editor/de bzw. Download von http://www.javaeditor.org/index.php/Download oder auch von http://www.heise.de/software/download/java_editor/61374

Dieser Editor ist eine komplette Entwicklungsumgebung und dabei schnell und leicht zu handhaben. Er kommt ohne Projektverwaltung aus (obwohl eine solche zusätzlich auch möglich ist) und hat einen ausreichenden Debug-Modus. Natürlich werden Schlüsselwörter farbig hervorgehoben und der Programmtext übersichtlich angezeigt -- für den Beamer übrigens auch in frei wählbaren großen Schriftgrößen! Schön: Klammerebenen bzw. zusammengehörige Klammern erscheinen nicht nur beim Draufklicken farbig, sondern werden auf Wunsch ständig durch gepunktete Linien im Quelltext übersichtlich angezeigt. Der Java-Editor verfügt über eine automatische Codevervollständigung: nach einem eingetippten Punkt schlägt das Programm mögliche Feld-(=Attribut-) und Methodennamen für das aktuelle Objekt in einem Auswahlfenster vor - auch für eigenen Klassen, deren Quelltext gerade im Editor geöffnet ist! Für einige häufige Java-Konstrukte können Quelltext-Passagen durch Anklicken entsprechender Symbole eingefügt werden. Außerdem ist ein für die Schule völlig ausreichender, leicht intuitiv bedienbarer GUI-Builder enthalten, mit dem grafische Oberflächen sowohl mit der AWT als auch mit Swing-Komponenten einfach mit der Maus gestaltet werden können. Der umfangreiche, passende Quelltext wird dazu automatisch und sehr übersichtlich gegliedert erzeugt und kann per Objektinspektor und/oder mit der Hand nachbearbeitet bzw. ergänzt werden. Und längst erzeugt der Javaeditor auch normgerechte UML-Diagramme zum Programmtext (inzwischen können an die Assoziations-, Kompositions- oder Agreggationspfeile auch Namen und Multiplizitäten bzw. Kardinalitäten geschrieben werden -- toll!). Umgekehrt kann man Klassen auch im UML-Editor entwerfen den Java-Text der enstprechenden Klasse einschließlich der get- und set-Methoden für private Variablen automatisch erstellen lassen, was modernes Modellieren unterstützt!
Außerdem bietet die Entwicklungsumgebung noch die Möglichkeit, das Layout eigener Javatexte an Hand von Stylesheets auf Einhaltung üblicher Konventionen prüfen zu lassen. Und zusätzliche Bibliotheken wie Stift und Co lassen sich bequem ein- für allemal einbinden. Die Möglichkeit der einfachen Integration der Lejos-Java-Bibliothek zur Programmierung des Lego-MindStorms-Roboters sei nur ergänzend erwähnt. Natürlich lassen sich auch ausführbare jar-Dateien erzeugen (wobei das Projekt allerdings in einem eigenen Unterverzeichnis stehen sollte, weil alles aus dem gleichen Ordner mit eingepackt wird). Die Webseite des Autor nennt noch weitere aktuelle Möglichkeiten. Trotz der Fülle der Eigenschaften ist der Javaeditor aber auch für Anfänger einfach zu bedienen, zuverlässig, klein und übersichtlich. Sinnvolle Einstellungen für die Ersteinrichtung des Java-Editors werden weiter unten auf dieser Seite - nämlich im Abschnitt „Installation und Einrichten von Editoren" - noch genauer beschrieben. Und: vom gleichen Autor gibt es auch einen Prolog-Editor, um die karge Oberfläche von SWI-Prolog zu ersetzen.

Beispielansicht Java-Editor (mit beliebig angeklicktem Objektinspektor)
Beispielansicht Java-Editor (mit Code-Vervollständigung)
Beispielansicht Java-Editor (mit UML-Diagramm)

Die gezeigten Bilder zeigen noch eine frühere Version des Javaeditors; auf der oben genannten Javaeditor-Homepage befinden sich noch mehr und aktuellere Bilder, die auch noch weitere Fähigkeiten erläutern. Die Fähigkeit des Javaeditors, per Drag und Drop eine Oberfläche zu gestalten, wird u.a. auf meiner dritten Datenbankseite genutzt.

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Neben dem sehr zu empfehlenden vorgenannten Java-Editor lohnt auch ein Blick auf den speziell für Unterrichtszwecke entworfenen

Dieser nur mit den neueren Java-JDKs einsetzbare Editor ist in der Lage, Beziehungen zwischen Klassen in UML-ähnlichen Darstellung grafisch anzuzeigen. Durch Mausklick lassen sich Objekte jeder angezeigten Klasse erzeugen (unten rot dargestellt) und durch Rechtsklick Methoden des Objekts (oder auch ererbte Methoden von seinem Vorgänger) starten, ohne dass es einer besonderen Startdatei bedürfte. Dies ist beim Testen hilfreich. Kostenlose Plug-Ins erlauben echtes UML. Auch zusätzliche Bibliotheken wie die von Stift&Co lassen sich leicht (über Tools | Preferences | Libraries | Add bzw. in der mittlerweile erhältlichen deutschen Version über Werkzeuge | Einstellungen | Bibliotheken) einbinden. Selbst der Hamster kann auch mit BlueJ bedient werden, sodass man von Anfang an mit diesem Editor arbeiten kann.
Besonders interessant ist diese Umgebung wohl zusammen mit dem - gerade für den Schulunterricht bzw. als vernünftige Einführung in die Informatik - sehr lohnenswerten Buch D. Barnes / M. Kölling: „Objektorientierte Programmierung mit Java - Eine praxisnahe Einführung mit BlueJ", Pearson 2003, das mit diesem Editor arbeitet. 2006 ist inzwischen die dritte, erweiterte Auflage des Buchs unter dem Titel D. Barnes / M. Kölling: „Java lernen mit BlueJ. Eine Einführung in die objektorientierte Programmierung" bei Pearson erschienen. Diese Neuauflage kostet rund 40 €.
[Ein weiteres Unterrichtswerk, das BlueJ nutzt, ist weiter unten auf dieser Seite bei 'Stift und Co' beschrieben und wurde von Bernard Schriek verfasst].

Beispielansicht BlueJ (drei Fenster)

Bei einmal angegebenen Pfaden zu den Dokumentationsdateien können außerdem noch Hilfen zu den vorgeschlagenen Methoden abgerufen werden.

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Andere Entwicklungsumgebungen

Die beiden vorgestellten Editoren sind nicht nur gratis, sondern auch angenehm kompakt, also auch mit einem analogen Telefon-Modem in vertretbaren Zeiten herunter zu laden. Sie gehen trotz ihres Funktionsumfangs sparsam mit dem Festplatten-Platz und den Registry-Einträgen um. Natürlich reicht ein Editor - ich bevorzuge den Java-Editor - aber die Geschmäcker sind bekanntlich verschieden.

Riesige Entwicklungsumgebungen wie das kommerzielle Visual J++-Paket aus Microsofts Developer Studio oder Borlands JBuilder, die zumindest früher z.T. Java-Standards ignoriert hatten und eigene Dialekte anbieten, begeistern mich jedenfalls nicht.
Wer trotzdem eine große IDE will,

Oberfläche von Eclipse 3.1.2

Der oder die von Ihnen ausgewählten Editoren dürfen erst nach der Einrichtung der Java-JDK installiert werden; einmalig sind dann meist noch einige Pfadeinstellungen nötig (s.u., Installation der Java-Editoren).


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Weitere sinnvolle Software

Den zur Einführung in das Programmieren sinnvollen Java-Hamster habe ich auf einer Extra-Seite zum Hamster beschrieben (wobei statt der Version mit eigenem Editor bzw. eigener Entwicklungsumgebung von den Entwicklern auch die Lösungen für die Integration in BlueJ oder Eclipse angeboten werden).





Stift und Co

Dringend empfehle ich den Einsatz der Klassenbibliothek „Von Stiften und Mäusen" von Georg Dick und anderen. In Anlehnung an das auch für andere Programmiersprachen entwickelte didaktische Konzept für die objektorientierte Programmierung sind damit viele anschauliche Einstiegsaufgaben in sauberes Objekt-Java möglich. Die von mir benutzte und in den Beispielen verwendete Version der Klassenbibliothek wird allerdings offenbar nicht mehr angeboten.

Aktuell gepflegt ist hingegen die Stift-und-Mäuse-Bibliothek von Bernard Schriek. B. Schriek gehörte wie auch der oben erwähnte G. Dick von Anfang an zu den Entwicklern der pädagogischen Bibliothek. Vor einiger Zeit hat B. Schriek ein Lehrwerk für Informatik-Kurse der Jahrgangsstufen 11 bis 13 verfasst, das sich auf die SuM-Bibliothek stützt und sie durchgängig im Oberstufenunterricht des Gymnasiums verwendet.
Die Buchreihe Bernard Schriek: „Informatik mit Java. Eine Einführung mit BlueJ und der Bibliothek Stifte und Mäuse" liegt seit November 2007 mit Band III (für die Klasse 13) komplett im Eigenverlag Nili-Verlag, Werl vor und wird auch in den Seminaren viel gelobt. Bestellungen der drei Bände (pro Band ca. 17 €) sowie kostenloser Download der passenden Version von Stift&Co auf/von der Webseite http://www.mg-werl.de/sum/.



Tutorial

Von Sun bzw. inzwischen von Oracle werden eine Reihe von Tutorials (Lernkurse) in englischer Sprache für Java allgemein und für einige Spezialthemen angeboten: http://www.oracle.com/technetwork/java/index-jsp-135888.html. Verschiedene Einführungen (in englischer Sprache) findet man auf http://docs.oracle.com/javase/tutorial/index.htmln. Zum Gebrauch ist die etwas kompaktere Version im neuen Windows-Hilfe-.chm-Format vielleicht angenehmer, die es - wie auch Hilfe-Versionen der Dokumentation - nach Umwandlung von Franck Allimant gibt (http://www.allimant.org/javadoc/index.php).



Online-Bücher und -Kurse zu Java

Wurde gerade schon das Java-Tutorial genannt, so soll nicht unerwähnt bleiben, dass es im Internet eine Reihe von Büchern sowie viele Kurse zu Java gibt. Sie können online benutzt oder auch für den späteren offline-Zugriff herunter geladen werden. Hier eine kleine Auswahl deutschsprachiger Werke (die allerdings eher Java-Bücher sind, nicht unbedingt Einführungen in einen geschickten Programmierstil oder gar Informatikbücher [wie die bei BlueJ und Stift&Co genannten Werke von Barnes/Kölling bzw. Schriek]):

Viele Fachhochschulen und Universitäten bzw. Dozenten bieten - oft vorlesungsbegleitend - weiteres Schulungsmaterial an.



HTML-Editor

HTML-Webseiten zur Einbettung von Applets können auch mit den Java-Editoren recht gut hergestellt werden. Nur für komplexere Vorhaben sind besondere HTML-Editoren wegen ihrer größeren Vielfalt dann doch besser geeignet. Empfehlenswert erscheint mir z.B. das deutsche, ursprünglich von Ulli Meybohm begonnene Programm HTLM Editor phase 5, das seit Sommer 2003 wieder weiter entwickelt und im November 2011 mit der Version 5.6.2.3 (3,3 MB) auf http://www.phase5.info/ zu finden ist (und das wie früher für Privatanwender und Schulen kostenlos bleibt). Für viele häufig benötigte HTML-Konstrukte kann hier - ähnlich wie oben beim Java-Editor beschrieben - vorgefertigter Quelltext per Mausklick eingefügt werden. Ein Bild befindet sich unten auf der Extra-Seite zum Autorennen, die zu meiner Java-Seite b) gehört.

Inzwischen dürfte aber der HTML-Editor HtRed 5.1.3 von J. Rathlev den eher komplizierter statt besser gewordenen phase5-Editor deutlich überholt haben und die bessere Wahl sein. Der Download (nur 1,3 MB!) dieses für alle Anwender kostenlosen, ansprechenden Werkzeugs gelingt auf http://www.rathlev-home.de/tools/othertools.html#html mit dem Link Programm-Installation.


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Einrichten der Java-Umgebung
unter Windows



Java-Verzeichnis-Struktur (wie vom Windows-Explorer angezeigt)Nachdem Sie die oben beschriebene JDK bzw. SDK, einen Editor, die Stift-Und-Co-Bibliothek und vielleicht einige Dokumentationen und Bücher herunter geladen haben, geht es jetzt darum, diese zu installieren. Seit Windows XP und Java 1.4.2 ist die Installation der hier empfohlenen Komponenten prinzipiell in beliebige bzw. die von den jeweiligen Programmen vorgeschlagenen Verzeichnisse möglich. Über Registry-Einträge bzw. erstmalige Einstellungen wird die benötigte Java-JDK gefunden. Eher aus historischen Gründen und um alle für die Programmierung mit Java nötige Software in einem gemeinsamen übergeordneten Verzeichnis zu haben, empfehle ich hier auf der Festplatte C: einen Ordner C:\JavaEntw anzulegen (für „Java-Entwicklung"). Hier hinein soll alle zu Java gehörige Software kopiert bzw. installiert werden. Weil manche Programme durch Dos-Box- bzw. Konsolen-Aufrufe ausgeführt werden, habe ich einen höchstens 8-stelligen Namen ohne Leerzeichen und ohne Umlaute für diesen Ordner gewählt!

In dem gerade erzeugten Ordner C:\JavaEntw werden zusätzlich von Hand bzw. aus dem Windows-Explorer heraus die (zunächst leeren) neuen Unter-Verzeichnisse bzw. (Unter-) Ordner C:\JavaEntw\editoren, C:\JavaEntw\anleitungen und C:\JavaEntw\stiftlib angelegt. Die weiteren abgebildeten Unterverzeichnisse kommen im Folgenden oft automatisch hinzu, während das jdk-Verzeichnis bereits wie gezeigt gefüllt sein sollte (s.o).


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Verzeichnisstruktur und Installation der JDK und zusätzlicher Bibliotheken sowie von Büchern

Im Folgenden wird das vorstehend empfohlene und angelegte Verzeichnis C:\JavaEntw und die gerade erzeugte Verzeichnisstruktur vorausgesetzt (siehe Bild).



Installation von stiftUndCo

In den gerade eben eingerichteten Ordner C:\JavaEntw\stiftlib kommt nur die Datei stift.jar der Bibliothek "Von Stiften und Mäusen" von Georg Dick; die Texte der zugehörigen Hilfe bzw. Dokumentation werden nach C:\JavaEntw\stiftlib\docs kopiert.

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Installation der JDK 1.8

Im Folgenden ist noch die Installation der Version 1.7 beschrieben. Die neue Version 1.8 wird analog eingerichtet, wobei die Bezeichnungen 7 in 8 verändert werden sollten. Die Java JDK habe ich - wie oben bereits in der schrittweisen Anleitung beschrieben - mit Dokumentation im Verzeichnis C:\JavaEntw („Java-Entwicklung") installiert.

Verschiedene JDKs - etwa 1.3.0 und 1.8.0. - können problemlos nebeneinander installiert und wahlweise verwendet werden! Zu beachten ist allerdings, dass beim Installieren der JDK (deswegen neuere zuletzt!) diese im Internet Browser als neue virtuelle Java-Maschine eingetragen wird. Künftig kann man selbst bei Applets also den vollen Sprachumfang der neuen JDK nutzen. Man merkt dadurch aber später beim Testen von selbst entwickelten Applets nicht mehr, dass normale Internet-Nutzer (die nicht wenigstens die Runtime-Version JRE der gleichen Version oder höher installiert haben) mit diesem Applet Schwierigkeiten kriegen, wenn neuere Funktionen verwendet wurden!

Damit ist die Installation der JDK abgeschlossen. Außerdem wurde schon ein Teil der Dokumentation bzw. ein Tutorial installiert.



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Bereitstellen von Büchern und weiteren Anleitungen

In den Ordner C:\JavaEntw\anleitungen können nun - jeweils in eigene Unterordner - eventuell zusätzlich herunter geladene Bücher kopiert werden. Von den oben erwähnten Büchern beansprucht bei mir das Handbuch der Java-Programmierung ca. 10 MB, Java ist auch eine Insel ca. 21 MB und Java in 21 Tagen knapp 6 MB. Außerdem habe ich direkt in C:\JavaEntw\anleitungen noch meine „Einführung in OOP mit Java und Stift & Co (Krell).pdf" kopiert, die auf der kommenden Java-Seite b) ausführlicher vorgestellt wird.

Es empfiehlt sich, im Ordner C:\JavaEntw\anleitungen außerdem eine HTML-Seite java-anleitung.htm nach nebenstehendem Muster zu erzeugen mit Links zu allen installierten Büchern, allen Dokumentationen und Tutorials in den jdk-Ordnern und in C:\JavaEntw\stiftlib\docs, um so von einer zentralen Stelle aus raschen Zugriff auf alle Anleitungen, Hilfen und Dokumentationen zu haben.

Beides, die pdf-Datei der Einführung, meine Kurz-Anleitung zum Java-Hamster, Bilder zum Download und zur Installation des JavaEditors sowie mein Vorschlag der Java-Anleitung-HTML-Seite, biete ich zum Herunterladen in der Datei javaeinf.zip (893 kB) an - es sollten allerdings die Links auf alle nicht-installierte Bücher entfernt werden!

Nun ist Wesentliches installiert - leider kann man immer noch nicht mit dem Java-Programmieren beginnen, weil noch kein Editor eingerichtet wurde. Dies soll im folgenden Kapitel geschehen.




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Installation und Einrichten von Editoren

Installation des Java-Editors

Voraussetzung ist der oben beschriebene Download der Datei „JavaEditor10.4kSetup.exe" (= aktuelle Version im November 2011; künftige Versionen werden vermutlich ähnlich funktionieren) an eine beliebige Stelle und die bereits erfolgreiche Installation der Java-JDK in die oben erwähnte und gezeigte Verzeichnisstruktur. Durch Doppelklick auf „JavaEditor10.4kSetup.exe" wird das Einrichten der Entwicklungsumgebung gestartet. Statt des vom Setup-Programm vorgeschlagenen Zielordners sollte für die hier erstellte Verzeichnisstruktur allerdings der Zielpfad C:\JavaEntw\editoren\JavaEditor ausgewählt werden.

 

 

Das Programm wird so rasch installiert.

Beim ersten Start sollte man unter dem Menüpunkt Fenster > Konfiguration allerdings die Einrichtung überprüfen und wie folgt ergänzen:

(1) In der Abteilung „Interpreter" sollte für (je-)den User der Classpath um den Pfad zur Stift-Bibliothek von Stift und Co ergänzt werden. Der Classpath-Admin-Verweis auf ..jre\rt.jar ist für den jikes-Compiler nötig und wird normalerweise schon automatisch eingetragen. Falls nicht, muss auch hier von Hand geändert oder ergänzt werden, bis schließlich bei Classpath-Admin
.;C:\JavaEntw\jdk17\jre\lib\rt.jar;
und bei Classpath-User
.;C:\JavaEntw\stiftlib\stift.jar;
eingetragen ist. Im Bild ist zusätzlich bereits der Pfad auf den Datenbank-Konnektor eingetragen, der zunächst aber nicht benötigt wird.



(2) Java- (und, falls installiert, auch der Jikes-) Compiler werden i.a. automatisch gefunden, so dass bei „Compiler" ebenso wie etwa in der Abteilung „Programme" keine Änderungen nötig sein sollten.

Einrichtung Java-Editor, Reiter "Compiler"

(3) In der Abteilung „Dokumentation" sollte, sofern mehr als ein Buch auf die Festplatte kopiert wurde, als Javabuch die oben bei den Büchern bereits erwähnte eigene Übersichts-HTML-Seite java-anleitung.htm aus javaeinf.zip (893 kB) eingetragen werden, damit man aus dem Java-Editor heraus Zugriff auf alle Bücher (und nicht nur eins) hat. Wurde das Tutorial statt in der Windows-Hilfedatei-Version (tutorial.chm von Franck Allimant) in der HTML-Version gespeichert, steht in der entsprechenden Zeile am Schluss statt tutorial.chm übrigens index.html - evtl. muss der Pfad auf den richtigen Ordner von Hand angepasst werden!

 

Einrichtung Java-Editor, Reiter "Dokumentation"

(4) Schließlich kann man noch einige „Editor"-Einstellungen verändern, z.B. die Anzeige von Zeilennummern wählen:

Einrichtung Java-Editor, Reiter "Editor"
(5) In der Abteilung „Sprache" sollte noch 'Deutsch' ausgewählt werden, sofern nicht bereits automatisch geschehen.

Damit sind Installation und Einrichtung des Java-Editors abgeschlossen.


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Installation weiterer Editoren

Nach Belieben können weitere Editoren installiert werden, wobei man natürlich nach einer Phase des Ausprobierens vermutlich nur noch mit einem Editor arbeiten wird.
Hinweise zum Einrichten von BlueJ wurden schon oben bei der Vorstellung des Editors gegeben.

Zum Schluss bleibt nur noch, das Startmenü ein bisschen aufzuräumen und überflüssige Desktop-Icons zu löschen.


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Eigene Dateien bzw. eigene Java-Programme

Für die eigenen Java-Programme können vorzugsweise auf einer anderen Partition oder im Ordner Eigene Dateien ein Ordner (Verzeichnis) Java-Programme und darin neue Unter-Ordner angelegt werden - am besten für jedes Projekt ein neuer Ordner. Denn Projekte bzw. Programme in Java bestehen nicht nur aus einer Datei, sondern meist aus vielen Dateien.

Weil der Compiler javac oder das Ausführprogramm java Kommandozeilenprogramme sind, d.h. auch von der Dos-Eingabeaufforderung gestartet werden können, und die eigenen Programme als Parameter übergeben bekommen, empfiehlt es sich, bei alten Windows-Versionen oder hierfür empfindlichen Betriebssystemen auf lange Verzeichnisnamen und auf Leerzeichen in den Pfadnamen (Ordnernamen) zu verzichten - deshalb ist der von Windows üblicherweise für eigene Programme vorgeschlagene Ordner 'Eigene Dateien' nicht immer die beste Wahl. Anders als bei Windows 98 oder ME gibt's seit Windows NT/XP/Vista/Win7 zwar normalerweise keine Probleme mehr: Ausprobieren und notfalls eben D:\Eigene\Java oder einen ähnlichen Ordner verwenden!


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Keine Umlaute in Pfad-, Datei- und Klassennamen

Schließlich noch ein Hinweis zu äöüßéô..: Java kann mit Umlauten und nationalen Sonderzeichen umgehen - Variablen- und Methoden-Namen dürfen daher Umlaute enthalten. Problematischer sind Umlaute in Klassennamen, die ja mit dem jeweiligen Dateinamen übereinstimmen müssen: Windows kodiert Umlaute nämlich anders als Java - schon die fehlende Übereinstimmung zwischen Windows und Dos ist bekannt. Sicherheitshalber sollten deswegen an solchen kritischen Stellen Umlaute vermieden werden.
(Achtung: anders als Java von Sun/Oracle haben manche Entwicklungsumgebungen oder Plugins für Editoren trotzdem Probleme mit Sonderzeichen, u.a. einige Style-/Formatierungs-Tools für BlueJ und mehrere Eclipse-Plugins. Will man solche Zusätze unbedingt verwenden, muss man - anders als in meinen Beispielen - im gesamten Javatext auf Umlaute und Sonderzeichen in Bezeichnern verzichten).



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Nachdem die Software jetzt eingerichtet ist, kann es endlich los gehen, das Programmieren in Java. Anleitungen, Beispiele, spielbare Applets und Links zu fremden Java-Seiten gibt's auf der meiner nächsten Sonder-Seite, „Informatik mit Java, Teil b)". Einen Gesamtüberblick über alle meine Informatik-Seiten gibt's auf der Informatik-Hauptseite.

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