Core Java. Lecture #1

Overview of the history, features, and facilities of Java ecosystem

ponomarev@corchestra.ru

@inponomarev

Ivan Ponomarev, Synthesized.io/MIPT

Выпускник МФТИ 2003 г., к.ф.-м.н
ERP systems & Java background
Speaker at conferences
Heisenbug Program Committee Member

How to get in touch with me?

Весь лекционный материал здесь

https://ponomarev.uk/javacourse.html

Useful books

Cay S. Horstmann. Core Java vol 1 & 2
Raoul-Gabriel Urma et al. Modern Java in Action

Useful books (for advanced students)

Joshua Bloch Effective Java
Brian Goetz et al. Java Concurrency in Practice

Зачем нужны лекции по Java в 2026м?

Устаревший язык, на нём, наверное, уже новых проектов и не пишет никто…
Языки вообще учить не надо: Claude всё напишет за нас…
Что такого я узнаю на лекциях, чего нет онлайн?..

— всё это правильные вопросы! Отвечу на них с конца…

Чем отличаются эти лекции от типичного онлайн-курса?

Инженерия — искусство компромиссов (engineering trade-offs).
Осваивать это искусство хорошо на удачных примерах из прошлого.
Java — такой пример.
Инженеру в наше время не так важно знать конкретный язык, как понимать, что компромисс неизбежен, и уметь выбирать наилучший.

Что такое Java вообще? (И что значит «выучить Java»?)

Язык + виртуальная машина: https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html
- Java Language Specification (872 стр)
- Java Virtual Machine Specification (626 стр)
Экосистема
- стандартная библиотека,
- иные JVM-языки (Kotlin, Scala, Groovy), и реализации языков для JVM (JRuby)
- Репозиторий библиотек Maven Central и огромное количество переиспользуемого кода
- Тулинг (IDE, инструменты тестирования)

Немного истории: как всё начиналось

James Gosling (JPoint 2020)

Язык для приставок кабельного телевидения
Вдохновлён C/C++: знакомый синтаксис if(…) {}; while(…){}; …
WORA
Было и другое, но WORA — самое главное

The Java Story: The Official Documentary, July 2026
https://www.youtube.com/watch?v=ZqGSg4b_cZA
Q&A with James Gosling, June 2020:
https://www.youtube.com/watch?v=XThhlihqTXI

Где Java пыталась найти свою нишу

Ранние годы Интернета: браузерные «апплеты» в статических HTML-страницах.
Built-in security: виртуальная машина работает в «песочнице»
Продвинутые возможности на фоне примитивных браузеров.
В итоге технология проиграла языку JavaScript, выполняющемуся непосредственно в браузере
Сотрудничеству Sun и Netscape мы обязаны слову "Java" в "JavaScript".

Где Java нашла свою нишу?

Повсюду: от чипов в банковских картах до серверов в дата-центрах.

Desktop (cross-platform)
Embedded Systems
Server-side (backend)
Mobile Devices (Android)

Java и Android

При разработке Android, Google использовали Java как язык, javac, стандартные API, байткод, но не виртуальную машину и не реализацию API.
11 лет судов Google с Oracle (2010—2021), пока решение не было вынесено в пользу Google.
Kotlin (язык, компилирующийся в тот же JVM байт-код) провозглашён основным языком Android.
Oracle не признаёт настоящей «Джавой» то, что работает на Android.
По некоторым оценкам, в мире около 3.9 млрд Android-устройств.

Синтаксис тот же, типизация строже

java logo2

int i = 2;
if (i = 4) {
    printf("head\n");
} else {
    printf("tail\n");
}

Напечатает head (i = 4 — выражение, равное 4, воспринимаемое как «истина»).

int i = 2;
if (i = 4) {
    println("head");
} else {
    println("tail");
}

Не скомпилируется (как и в C, i = 4 — выражение, возвращающее 4, но его тип не boolean).

Синтаксис тот же, семантика строже

java logo2

int rise_salary(int base) {
 if (base < 0) {
  return 0;
  /*bug: misplaced
           after return*/
  printf("Invalid salary: %d\n",
                           base);
 }
 return base + 100;
}

Язык допускает подобный код (компилятор, в зависимости от версии и настроек, может выдать warning).

int riseSalary(int base) {
 if (base < 0) {
  return 0;
  /*bug: misplaced
           after return*/
  println("Invalid salary: "
                     + base);
 }
 return base + 100;
}

Не скомпилируется (unreachable statement не допустим).

Синтаксис тот же, семантика строже!

java logo2

int i = 2;
i = ++i + ++i + ++i;

Неопределённое поведение
(https://stackoverflow.com/questions/3879176/i-i-i-in-java-vs-c)

int i = 2;
i = ++i + ++i + ++i;

3 + 4 + 5 = 12

Синтаксис тот же, безопасности больше

java logo2

int array[2];
printf("%d\n", array[5]);

Неопределенное поведение (включая чтение чужих данных или segmentation fault).

int[] array = new int[2];
println(array[5]);

ArrayIndexOutOfBoundsException, который можно перехватить и обработать. Цена: проверка при каждом обращении к элементу массива!

Синтаксис (почти) тот же, безопасности больше

java logo2

Employee* e = NULL;
printf("%d\n", e->salary);

Неопределенное поведение (включая аварийное завершение программы).

Employee e = null;
println(e.salary);

NullPointerException, который можно перехватить и обработать.

Проблема несовместимости платформ

На разных типах компьютеров разные
- Endianness…
- Размер регистров и ссылок (sizeof(int), sizeof(void *)…
- Floating point hardware & format…
Приходилось разрабатывать разные версии программ для разных платформ (или писать спагетти из #ifdef)

JVM

Java bytecode — исполняемый код виртуальной машины. Виртуальные машины (написанные на C++) написаны для разных платформ, все они исполняют байт-код.
LLVM intermediate representation — схожая идея, появившаяся позднее.
Решается вопрос не только кроссплатформенности, но и безопасности.

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

Перед выполнением байткода, JVM выполняет его статическую проверку (https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se25/html/jvms-4.html#jvms-4.10)
Если код невалидный (например, stack underflow) — VerifyError

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

JVM начинает исполнение с интерпретации байт-кода, накапливая статистику выполнения.

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

По мере того, как накапливается статистика использования кода, код компилируется в оптимизированный машинный код с использованием допущений, накопленных по статистике выполнения.
Скомпилированный код хранится в Code Cache (специальном сегменте оперативной памяти).

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

Если путь выполнения меняется, срабатывает "uncommon trap" и выполнение возвращается к интерпретатору.

В низкоуровневых языках (например, C) мы контролируем аллокацию данных в памяти

typedef struct {
    int year;
    int month;
    int day;
} Date;
/* "stack allocation" */
Date val_date =
  {.year = 2026, .month = 8, .day = 15};
/* "heap allocation" */
Date* ptr_date = malloc(sizeof(Date));

*ptr_date = val_date; // values copied
ptr_date->day++; // value on heap increased
print_date(val_date); // 2026-8-15
print_date(*ptr_date); // 2026-8-16

В C мы контролируем передачу данных по ссылке или по значению

Date modify_months(Date date1, Date *date2) {
  date1.month++;
  date2->month++;
  return date1;
}

Date result =
  modify_months(
    *ptr_date, // value at pointer
    &val_date  // address of value
);

print_date(val_date); // 2026-9-15
print_date(*ptr_date); // 2026-8-16
print_date(result); //2026-9-16

Массивы ссылок и массивы значений

Date val_dates[3];
val_dates[0] = val_date;
val_dates[1] = *ptr_date;
val_dates[2] = result;

Date* ptr_dates[3];
ptr_dates[0] = &val_dates[0];
ptr_dates[1] = &val_dates[1];
ptr_dates[2] = &val_dates[1];

Проблемы C: use after free

void fillInterval(Date* from, Date* to) {
  *from = (Date){.year = 2026,
    .month = 8, .day = 15};
  Date dateTo = (Date){.year = 2026,
    .month = 8, .day = 16};
  to = &dateTo;
  free(from);
}

void main() {
  Date* from = malloc(sizeof(Date));
  Date* to = NULL;
  fillInterval(from, to);
  print_date(*from); //Access violation
  print_date(*to);
}

Проблемы C: потерянный указатель / утечка памяти

Date* date = malloc(sizeof(Date));
*date =
  (Date){.year = 2026,
         .month = 8,
         .day = 15};
date = malloc(sizeof(Date));
*date =
  (Date){.year = 2026,
         .month = 8,
         .day = 16};

Java: свобода и производительность в обмен на безопасность

Нет больше * и &, всё определено за нас.
«Объекты» и «примитивы/value-объекты» ведут себя по-разному.

@AllArgsConstructor @ToString
class Date {
  int day; int month; int year; }

int modifyMonths(int month, Date date) {
  month++; date.month++;
  return month; }

Date d = new Date(15, 8, 2026);
int month = 8;
int result = modifyMonths(month, d);
println(month);  // 8
println(d);      // Date(d=15, m=9, y=2026)
println(result); // 9

Массивы объектов в Java (не value-объектов) — всегда массивы ссылок

Date[] dates = new Date[3];

dates[0] = new Date(1, 1, 2023);
dates[1] = new Date(2, 2, 2024);
dates[2] = dates[1];

Потерянная ссылка — не проблема

dates = new Date[0];

Обоснование решений из 1995-го года

Нет (явных) аллокаций на стеке
Нет ручной деаллокации

⇒ нет проблемы «висячих» ссылок

Garbage collection

⇒ нет проблемы «потерянных» ссылок

8 предопределенных примитивных типов (byte, short, int, long, char, float, double, boolean), не являющихся частью иерархии типов объектов.

Компромисс ради быстродействия при отсутствии лучшего решения. Осложнил систему типов, обучение языку Java, привёл к дальнейшим проблемам типа использования типов-обёрток в generics.

Конечно, подход Java к безопасности —
не единственный возможный подход…

C#: «соперник Java», на 4 года моложе Джавы

имеет GC, но также имеет struct для типов-значений, аллоцируемых «на стеке», и ref для передачи данных по ссылке.
контроль «утечек» ref производится компилятором: нельзя передать ref на локальную переменную туда, где ссылка сохранится после выхода из функции, создавшей локальную переменную.
List<int> не использует типы-обёртки.

Конечно, подход Java к безопасности —
не единственный возможный подход…

Rust: «соперник C», примерно на 10 лет моложе Джавы

Имеет struct, иммутабельные (&) и мутабельные (&mut) ссылки.
Borrow checking/lifetime checking во время компиляции.
unsafe {…} в ситуациях, где он нужен.

20 лет Java (наряду с C) оставалась лидером индекса TIOBE

Критика Java в годы «застоя» 2004—2014 (версии 5—8)

Потребляет слишком много памяти
Медленно стартует
Многословна (слишком много "boilerplate code")
Язык консервативен, медленно развивается (этот аргумент, в частности, привёл к появлению новых JVM языков: Scala, Groovy, Xtend, Kotlin).

С 2018 года Oracle перешёл на 6-месячный цикл релизов.

6-месячный цикл Java и взлёт Python

https://redmonk.com/ — Альтернатива TIOBE с 2012 г., GitHub+StackOverflow. Проблема: StackOverflow, достигавший пика в 2016м, теперь практически мёртв.

Что нам говорят TIOBE и RedMonk?

Мир меняется, языки и платформы развиваются в условиях жёсткой конкуренции — Java не исключение.
Как ни измеряй, Java/JVM на протяжении 30 лет была и продолжает быть одной из ведущих экосистем.

Сервисы виртуальной машины и платформы (помимо исполнения байт-кода)

Garbage Collection
MultiThreading & Memory Model
Загрузка и исполнение кода в runtime
Рефлексия
Стандартная библиотека

Virtual machine

Достоинства
- WORA
- Safety/техническая безопасность: исключение фатальных сбоев на сервере
- Security/информационная безопасность: защита от злонамеренных действия
Недостатки
- Overhead по производительности и памяти
- Отсутствие гибкости, предоставляемой низкоуровневыми языками

Garbage Collection

The developer does not need to worry about freeing up memory
Garbage collection when there are no references to the object
Advantages:
- Less code
- There are no invalid links (to destroyed objects)
- Fewer memory leaks
Disadvantages:
- We do not control the operating time of the GC
- STW-pauses (sometimes at the inappropriate time)

Типы коллекторов в современной Java

GC полностью изолирован от исполняемого кода.
Семантика не меняется при замене одного GC на другой!

Serial (for single-threaded, small heaps)
Parallel (high throughput, potentially 10..100ms or more STW)
G1 (Garbage First — default one since Java 9, generational, balanced on medium-to-large heaps, 200ms is default soft target)
ZGC: latency over throughput (normally <1ms)
Shenandoah latency over throughput (normally <1ms)
Epsilon (no GC at all)

Latency vs. Throughput tradeoff

Latency

Throughput

Многопоточность и модель памяти

Многопоточность
- Возможность запуска параллельных потоков выполнения встроена в язык с первой версии (Thread, Runnable etc)
Memory Model
- Часть спецификации VM: модель того, как работает хранилище данных в условиях многопоточного доступа
- Отвечает на вопрос: «какие значения может прочитать конкретный read в программе?»

When do we need a memory model?

class DumbWayToFallAsleep implements Runnable {
  private boolean asleep;

  public void setAsleep(boolean asleep){
    this.asleep = asleep;
  }

  @Override
  public void run() {
    while (!asleep){
      //countSomeSheep
      //WILL WE FALL ASLEEP?
    }
  }
}

When do we need a memory model?

class NotSoDumbWayToFallAsleep implements Runnable {
  private volatile boolean asleep;

  public void setAsleep(boolean asleep){
    this.asleep = asleep;
  }

  @Override
  public void run() {
    while (!asleep){
      //countSomeSheep
      //...
    }
  }
}

Loading and executing code in the runtime

Compiled class bytecode can be delivered to any system in the runtime (most often by saving a file to the file system).
Recompilation/linking is not required.

Built-in Serialization

An idea that seemed very good at first!

Reflection API

Исследование информации о классах, полях, методах и т. д. во время выполнения
Чтение/модификация полей (в том числе private!) и динамический вызов методов (в том числе private!)
Proxy and AOP

Continuously Improving Standard Library

System-independent part
- Data structures
- Mathematics
System-dependent part
- Date and time
- File system access
- Network access
- User Interface

Backward compatibility

Any .jar file compiled many years ago can be run on any modern JVM
A gift or a curse?

Развитие языка c 10й версии (6-months release cadence)

type inference (var),
switch expressions,
text blocks
sealed classes,
pattern matching (instanceof, switch),
records,
unnamed main classes,
virtual threads…

Current projects

https://openjdk.org/projects/

Project Amber: productivity-oriented features (например: flexible constructors)
Project Loom: fibers & continuators
Project Valhalla: value objects
Panama: Java & native code connection
Leyden: improve startup time
etc…

Variety of JVM languages

There is a virtual machine: you can compile to the byte code from any language!
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_JVM_languages
20-30 languages
- Специально созданные: Groovy, Scala, Kotlin, Xtend…
- Реимплементация для JVM: JRuby, Clojure (Lisp dialect), Nashorn/Graal.js…

Essential elements of the ecosystem (beyond the standard library)

Библиотеки и фреймворки (в т. ч. для тестирования)
Среды разработки
Репозиторий Maven Central
Системы сборки

https://junit.org/

Модульное тестирование и автоматизация тестов

https://spring.io/

DI container and application framework

Integrated Development Environments

IntelliJ IDEA Logo

IDEA

(proprietary, JetBrains)

Apache NetBeans Logo

NetBeans

(ASF / Oracle)

Eclipse Foundation

vscode

VS Code

(Microsoft)

https://search.maven.org/

22 миллиона пакетов, 2-3 млн новых пакетов каждый год (https://mvnrepository.com/repos/central)
Условие публикации — open source (хотя есть исключения), обязательно прикладывать исходники и электронную подпись.
В отличие от PyPI и npm, авторы имеют group id, основанный на домене организации (com.microsoft, org.atp-fivt), и производится процесс верификации домена.

Build systems

XML configuration
Maven project layout
plugins
declarative

Groovy DSL / Kotlin DSL
plugins
scripts
mixed declarative/imperative

Java community

Conferences (Joker/JPoint/SnowOne, DevoXX etc.)
JUGs

Hello, world! — страница 1

pom.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>org.example</groupId>
    <artifactId>hello-world</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <properties>
        <maven.compiler.release>25</maven.compiler.release>
    </properties>
</project>

Hello, world! — страница 2

src/main/java/org/example/Main.java

package org.example;

public class Main {
    static void main() {
        IO.println("Hello World!");
    }
}

mvn package
java -cp target/hello-world-1.0-SNAPSHOT.jar org.example.Main

Core Java. Lecture #1

Overview of the history, features, and facilities of Java ecosystem

How to get in touch with me?

Весь лекционный материал здесь

Useful books

Useful books (for advanced students)

Зачем нужны лекции по Java в 2026м?

Чем отличаются эти лекции от типичного онлайн-курса?

Что такое Java вообще? (И что значит «выучить Java»?)

Немного истории: как всё начиналось

Где Java пыталась найти свою нишу

Где Java нашла свою нишу?

Java и Android

Синтаксис тот же, типизация строже

Синтаксис тот же, семантика строже

Синтаксис тот же, семантика строже!

Синтаксис тот же, безопасности больше

Синтаксис (почти) тот же, безопасности больше

Проблема несовместимости платформ

JVM

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

Путь байткода: верификация, интерпретация и JIT-компиляция

В низкоуровневых языках (например, C) мы контролируем аллокацию данных в памяти

В C мы контролируем передачу данных по ссылке или по значению

Массивы ссылок и массивы значений

Проблемы C: use after free

Проблемы C: потерянный указатель / утечка памяти

Java: свобода и производительность в обмен на безопасность

Массивы объектов в Java (не value-объектов) — всегда массивы ссылок

Потерянная ссылка — не проблема

Обоснование решений из 1995-го года

Конечно, подход Java к безопасности — не единственный возможный подход…​

Конечно, подход Java к безопасности — не единственный возможный подход…​

20 лет Java (наряду с C) оставалась лидером индекса TIOBE

Критика Java в годы «застоя» 2004—​2014 (версии 5—​8)

6-месячный цикл Java и взлёт Python

Что нам говорят TIOBE и RedMonk?

Сервисы виртуальной машины и платформы (помимо исполнения байт-кода)

Virtual machine

Garbage Collection

Типы коллекторов в современной Java

Latency vs. Throughput tradeoff

Многопоточность и модель памяти

When do we need a memory model?

When do we need a memory model?

Loading and executing code in the runtime

Built-in Serialization

Reflection API

Continuously Improving Standard Library

Backward compatibility

Развитие языка c 10й версии (6-months release cadence)

Current projects

Variety of JVM languages

Essential elements of the ecosystem (beyond the standard library)

Integrated Development Environments

Build systems

Java community

Hello, world! — страница 1

Hello, world! — страница 2

Конечно, подход Java к безопасности —
не единственный возможный подход…

Конечно, подход Java к безопасности —
не единственный возможный подход…

Критика Java в годы «застоя» 2004—2014 (версии 5—8)