16    Die Klassenbibliothek 

»Was wir brauchen, sind ein paar verrückte Leute;

seht euch an, wohin uns die normalen gebracht haben.«

– George Bernard Shaw (1856–1950)

16.1    Die Java-Klassenphilosophie 

Eine Programmiersprache besteht nicht nur aus einer Grammatik, sondern, wie im Fall von Java, auch aus einer Programmierbibliothek. Eine plattformunabhängige Sprache – so wie sich viele C oder C++ vorstellen – ist nicht wirklich plattformunabhängig, wenn auf jedem Rechner andere Funktionen und Programmiermodelle eingesetzt werden. Genau dies ist der Schwachpunkt von C(++). Die Algorithmen, die kaum vom Betriebssystem abhängig sind, lassen sich überall gleich anwenden, doch spätestens bei der Ein-/Ausgabe oder grafischen Oberflächen ist Schluss. Die Java-Bibliothek dagegen versucht, von den plattformspezifischen Eigenschaften zu abstrahieren, und die Entwickler haben sich große Mühe gegeben, alle wichtigen Methoden in wohlgeformten objektorientierten Klassen und Paketen unterzubringen. Diese decken insbesondere die zentralen Bereiche Datenstrukturen, Ein- und Ausgabe, Grafik- und Netzwerkprogrammierung ab.

16.1.1    Modul, Paket, Typ 

An oberster Stelle der Java-Bibliothek stehen Module. Sie wiederum bestehen aus Paketen, die wiederum die Typen enthalten.

Module der Java SE

Die API der Java Platform, Standard Edition (»Java SE«) besteht aus folgenden Modulen, die alle mit dem Präfix java beginnen.

Modul	Beschreibung
java.base	fundamentale Typen der Java SE-Plattform
java.compiler	Java-Sprachmodell, Annotationsverarbeitung, Java-Compiler-API
java.datatransfer	API für den Datentransfer zwischen Applikationen, in der Regel die Zwischenablage
java.desktop	grafische Oberflächen mit AWT und Swing, Accessibility-API, Audio, Drucken und JavaBeans
java.instrument	Instrumentalisierung ist die Veränderung der Java-Programme zur Laufzeit.
java.logging	Logging-API
java.management	Java Management Extensions (JMX)
java.management.rmi	RMI-Connector für den Remote-Zugriff auf die JMX-Beans
java.naming	Java Naming and Directory Interface-(JNDI-)API
java.prefs	Die Preferences-API dient zum Speichern von Benutzereinstellungen.
java.rmi	entfernte Methodenaufrufe; Remote Method Invocation-(RMI-)API
java.scripting	Scripting-API
java.security.jgss	Java-Binding der IETF Generic Security Services-API (GSS-API)
java.security.sasl	Java-Unterstützung für IETF Simple Authentication and Security Layer (SASL)
java.sql	JDBC-API für den Zugriff auf relationale Datenbanken
java.sql.rowset	JDBC RowSet-API
java.xml	XML-Klassen: Java API for XML Processing (JAXP), Streaming API for XML (StAX), Simple API for XML (SAX), W3C Document Object Model-(DOM-)API
java.xml.crypto	API für XML-Kryptografie

Tabelle 16.1     Module der Java SE

Das java.base-Modul ist das wichtigste Modul, und es enthält Kernklassen wie Object und String usw. Es ist das einzige Modul, das selbst keine Abhängigkeit zu anderen Modulen enthält. Jedes andere Modul jedoch bezieht sich mindestens auf java.base. Die Javadoc stellt das schön grafisch dar (siehe Abbildung 16.1).

Abbildung 16.1     Das Modul »java.xml« hat eine Abhängigkeit zum »java.base«-Modul.

Zum Teil gibt es mehr Abhängigkeiten, etwa beim Modul java.desktop, wie Abbildung 16.2 demonstriert:

Abbildung 16.2     Abhängigkeiten des Moduls »java.desktop«

Das Modul java.se

Ein besonderes Modul ist java.se. Es deklariert selbst keine eigenen Pakete oder Typen, sondern fasst lediglich andere Module zusammen. Der Name für so eine Konstruktion ist Aggregator-Modul. Das java.se-Modul definiert auf diese Weise die API für die Java SE-Plattform (siehe Abbildung 16.3).

Abbildung 16.3     Abhängigkeiten des Moduls »java.se«

Weitere Module

Zwei weitere Module, die ebenfalls mit java beginnen, aber nicht zum Java SE-Standard zählen, sind java.jnlp (Java Network Launch Protocol) und java.smartcardio (Java-API für die Kommunikation mit Smart Cards nach ISO/IEC 7816-4).

Das JDK ist die Standardimplementierung der Java SE. Es liefert den Entwicklern weitere Pakete und Klassen, etwa mit einem HTTP-Server oder den Java-Werkzeugen wie dem Java‐Compiler und dem Javadoc-Tool. Es gibt mehrere Module, die alle mit dem Präfix jdk beginnen.

16.1.2    Übersicht über die Pakete der Standardbibliothek 

Die Java 11 Core Java SE API besteht aus folgenden Modulen und Paketen – eine Kurzbeschreibung findet sich im Anhang:

Module	enthaltene Pakete
java.base	java.io, java.lang, java.lang.annotation, java.lang.invoke, java.lang.module, java.lang.ref, java.lang.reflect, java.math, java.net, java.net.spi, java.nio, java.nio.channels, java.nio.channels.spi, java.nio.charset, java.nio.charset.spi, java.nio.file, java.nio.file.attribute, java.nio.file.spi, java.security, java.security.cert, java.security.interfaces, java.security.spec, java.text, java.text.spi, java.time, java.time.chrono, java.time.format, java.time.temporal, java.time.zone, java.util, java.util.concurrent,
java.base	java.util.concurrent.atomic, java.util.concurrent.locks, java.util.function, java.util.jar, java.util.regex, java.util.spi, java.util.stream, java.util.zip, javax.crypto, javax.crypto.interfaces, javax.crypto.spec, javax.net, javax.net.ssl, javax.security.auth, javax.security.auth.callback, javax.security.auth.login, javax.security.auth.spi, javax.security.auth.x500, javax.security.cert
java.compiler	javax.annotation.processing, javax.lang.model, javax.lang.model.element, javax.lang.model.type, javax.lang.model.util, javax.tools
java.datatransfer	java.awt.datatransfer
java.desktop	java.applet, java.awt, java.awt.color, java.awt.desktop, java.awt.dnd, java.awt.event, java.awt.font, java.awt.geom, java.awt.im, java.awt.im.spi, java.awt.image, java.awt.image.renderable, java.awt.print, java.beans, java.beans.beancontext, javax.accessibility, javax.imageio, javax.imageio.event, javax.imageio.metadata, javax.imageio.plugins.bmp, javax.imageio.plugins.jpeg, javax.imageio.plugins.tiff, javax.imageio.spi, javax.imageio.stream, javax.print, javax.print.attribute, javax.print.attribute.standard, javax.print.event, javax.sound.midi, javax.sound.midi.spi, javax.sound.sampled, javax.sound.sampled.spi, javax.swing, javax.swing.border, javax.swing.colorchooser, javax.swing.event, javax.swing.filechooser, javax.swing.plaf, javax.swing.plaf.basic, javax.swing.plaf.metal, javax.swing.plaf.multi, javax.swing.plaf.nimbus, javax.swing.plaf.synth, javax.swing.table, javax.swing.text, javax.swing.text.html, javax.swing.text.html.parser, javax.swing.text.rtf, javax.swing.tree, javax.swing.undo
java.instrument	java.lang.instrument
java.logging	java.util.logging
java.management	java.lang.management, javax.management, javax.management.loading, javax.management.modelmbean, javax.management.monitor, javax.management.openmbean, javax.management.relation, javax.management.remote, javax.management.timer
java.management.rmi	javax.management.remote.rmi
java.naming	javax.naming, javax.naming.directory, javax.naming.event javax.naming.ldapjavax.naming.spi
java.prefs	java.util.prefs
java.rmi	java.rmi, java.rmi.activation, java.rmi.dgc, java.rmi.registry, java.rmi.server, javax.rmi.ssl
java.scripting	javax.script
java.security.jgss	javax.security.auth.kerberos, org.ietf.jgss
java.security.sasl	javax.security.sasl
java.sql	java.sql, javax.sql, javax.transaction.xa
java.sql.rowset	javax.sql.rowset, javax.sql.rowset.serial, javax.sql.rowset.spi
java.xml	javax.xml, javax.xml.catalog, javax.xml.datatype, javax.xml.namespace, javax.xml.parsersjavax.xml.stream, javax.xml.stream.events, javax.xml.stream.util, javax.xml.transform, javax.xml.transform.dom, javax.xml.transform.sax, javax.xml.transform.stax, javax.xml.transform.stream, javax.xml.validation, javax.xml.xpath, org.w3c.dom, org.w3c.dom.bootstrap, org.w3c.dom.events, org.w3c.dom.ls, org.w3c.dom.ranges, org.w3c.dom.views, org.xml.sax, org.xml.sax.ext, org.xml.sax.helpers
java.xml.crypto	javax.xml.crypto, javax.xml.crypto.dom, javax.xml.crypto.dsig, javax.xml.crypto.dsig.dom, javax.xml.crypto.dsig.keyinfo, javax.xml.crypto.dsig.spec

Tabelle 16.2     Übersicht über die Pakete in den Modulen der Java 17 Core Java SE API

Entwickler sollten folgende Pakete von ihren Möglichkeiten her zuordnen können:

Paket	Beschreibung
java.awt	Das Paket AWT (Abstract Windowing Toolkit) bietet Klassen zur Grafikausgabe und zur Nutzung von grafischen Bedienoberflächen.
java.awt.event	Schnittstellen für die verschiedenen Ereignisse unter grafischen Oberflächen
java.io java.nio	Möglichkeiten zur Ein- und Ausgabe. Dateien werden als Objekte repräsentiert. Datenströme erlauben den sequenziellen Zugriff auf die Dateiinhalte.
java.lang	Ein Paket, das automatisch eingebunden ist. Enthält unverzichtbare Klassen wie String-, Thread- oder Wrapper-Klassen.
java.net	Kommunikation über Netzwerke. Bietet Klassen zum Aufbau von Client- und Serversystemen, die sich über TCP bzw. IP mit dem Internet verbinden lassen.
java.text	Unterstützung für internationalisierte Programme. Bietet Klassen zur Behandlung von Text und zur Formatierung von Datumswerten und Zahlen.
java.util	Bietet Typen für Datenstrukturen, Raum und Zeit sowie für Teile der Internationalisierung sowie für Zufallszahlen. Unterpakete kümmern sich um reguläre Ausdrücke und Nebenläufigkeit.
javax.swing	Swing-Komponenten für grafische Oberflächen. Das Paket besitzt diverse Unterpakete.

Tabelle 16.3     Wichtige Pakete in der Java SE

Eine vollständige Übersicht aller Pakete gibt der Anhang, »Java SE-Module und Paketübersicht«. Als Entwickler ist es unumgänglich, für die Details die Java-API-Dokumentation unter https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/index.html zu studieren.

Offizielle Schnittstelle (java- und javax-Pakete)

Das, was die Java-Dokumentation aufführt, bildet den erlaubten Zugang zur Bibliothek. Die Typen sind im Grunde für die Ewigkeit ausgelegt, sodass Entwickler darauf zählen können, auch noch in 100 Jahren ihre Java-Programme ausführen zu können. Doch wer definiert die API? Im Kern sind es vier Quellen:

• Oracle-Entwickler setzen neue Pakete und Typen in die API.

• Der Java Community Process (JCP) beschließt eine neue API. Dann ist es nicht nur Oracle allein, sondern eine Gruppe, die eine neue API erarbeitet und die Schnittstellen definiert.

• Die Object Management Group (OMG) definiert eine API für CORBA.

• Das World Wide Web Consortium (W3C) gibt eine API etwa für XML-DOM vor.

Die Merkhilfe ist, dass alles, was mit java oder javax beginnt, eine erlaubte API darstellt und alles andere zu nicht portablen Java-Programmen führen kann. Es gibt außerdem Klassen, die unterstützt werden, aber nicht Teil der offiziellen API sind. Dazu zählen etwa diverse Swing-Klassen für das Aussehen der Oberfläche.

Standard Extension API (javax-Pakete)

Einige der Java-Pakete beginnen mit javax. Dies sind ursprünglich Erweiterungspakete (Extensions), die die Kernklassen ergänzen sollten. Im Laufe der Zeit sind jedoch viele der früher zusätzlich einzubindenden Pakete in die Standarddistribution gewandert, sodass heute ein recht großer Anteil mit javax beginnt, aber keine Erweiterungen mehr darstellt, die zusätzlich installiert werden müssen. Sun wollte damals die Pakete nicht umbenennen, um so eine Migration nicht zu erschweren. Fällt heute im Quellcode ein Paketname mit javax auf, ist es daher nicht mehr so einfach, zu entscheiden, ob eine externe Quelle mit eingebunden werden muss oder ab welcher Java-Version das Paket Teil der Distribution ist. Echte externe Pakete sind unter anderem:

• die Enterprise/Server API mit den Enterprise JavaBeans, Servlets und JavaServer Faces

• die Java Persistence API (JPA) zum dauerhaften Abbilden von Objekten auf (in der Regel) relationale Datenbanken

• die Java Communications API für serielle und parallele Schnittstellen

• die Java Telephony API

• die Spracheingabe/-ausgabe mit der Java Speech API

• JavaSpaces für gemeinsamen Speicher unterschiedlicher Laufzeitumgebungen

• JXTA zum Aufbau von P2P-Netzwerken

Im Endeffekt haben Entwickler es mit folgenden Bibliotheken zu tun:

1. mit der offiziellen Java-API

2. mit der API aus JSR-Erweiterungen, wie der Java-Enterprise-API

3. mit nichtoffiziellen Bibliotheken, wie quelloffenen Lösungen, etwa zum Zugriff auf PDF-Dateien oder Bankautomaten