How to Compile and Run your First Java Program

By Chaitanya Singh | Filed Under: Learn Java

In this tutorial, we will see how to write, compile and run a java program. I will also cover java syntax, code conventions and several ways to run a java program.

Simple Java Program:

Output: This is my first program in java

How to compile and run the above program

Prerequisite: You need to have java installed on your system. You can get the java from here.

Step 1: Open a text editor, like Notepad on windows and TextEdit on Mac. Copy the above program and paste it in the text editor.

You can also use IDE like Eclipse to run the java program but we will cover that part later in the coming tutorials. For the sake of simplicity, I will only use text editor and command prompt (or terminal) for this tutorial

Step 2: Save the file as FirstJavaProgram.java. You may be wondering why we have named the file as FirstJavaProgram, the thing is that we should always name the file same as the public class name. In our program, the public class name is FirstJavaProgram , that’s why our file name should be FirstJavaProgram.java.

Step 3: In this step, we will compile the program. For this, open command prompt (cmd) on Windows, if you are Mac OS then open Terminal.
To compile the program, type the following command and hit enter.

You may get this error when you try to compile the program: “javac’ is not recognized as an internal or external command, operable program or batch file“. This error occurs when the java path is not set in your system

If you get this error then you first need to set the path before compilation.

Set Path in Windows:
Open command prompt (cmd), go to the place where you have installed java on your system and locate the bin directory, copy the complete path and write it in the command like this.

Note: Your jdk version may be different. Since I have java version 1.8.0_121 installed on my system, I mentioned the same while setting up the path.

Set Path in Mac OS X
Open Terminal, type the following command and hit return.

Type the following command on terminal to confirm the path.

The steps above are for setting up the path temporary which means when you close the command prompt or terminal, the path settings will be lost and you will have to set the path again next time you use it. I will share the permanent path setup guide in the coming tutorial.

Step 4: After compilation the .java file gets translated into the .class file(byte code). Now we can run the program. To run the program, type the following command and hit enter:

Note that you should not append the .java extension to the file name while running the program.

Closer look to the First Java Program

Now that we have understood how to run a java program, let have a closer look at the program we have written above.

This is the first line of our java program. Every java application must have at least one class definition that consists of class keyword followed by class name. When I say keyword, it means that it should not be changed, we should use it as it is. However the class name can be anything.

I have made the class public by using public access modifier, I will cover access modifier in a separate post, all you need to know now that a java file can have any number of classes but it can have only one public class and the file name should be same as public class name.

This is our next line in the program, lets break it down to understand it:
public : This makes the main method public that means that we can call the method from outside the class.

static : We do not need to create object for static methods to run. They can run itself.

void : It does not return anything.

main : It is the method name. This is the entry point method from which the JVM can run your program.

(String[] args) : Used for command line arguments that are passed as strings. We will cover that in a separate post.

This method prints the contents inside the double quotes into the console and inserts a newline after.

Checkout these basic java programs before reading next topic:

Создание, компиляция и выполнения Java программ

Ключевой момент: вы сохраняете исходный код Java программы в файл с расширением .java и компилируете его в файл с расширением .class. Файл .class выполняется виртуальной машиной Java.

Перед тем как программа может быть выполнена, её необходимо создать и скомпилировать. Если в вашей программе возникли ошибки компиляции, вам необходимо изменить программу, чтобы исправить их, а затем перекомпилировать её. Если в вашей программе возникли ошибки выполнения, или она не приводит к правильному результату, вам необходимо изменить программу, перекомпилировать её и запустить снова. Этот процесс и является созданием (разработкой) программы.

Для создания и редактирования исходного кода Java вы можете использовать любой текстовый редактор или IDE. Этот раздел демонстрирует, как создавать, компилировать и запускать программы Java из командной строки. В разделе «Компиляция и запуск Java программ в NetBeans» показано, как это делать в IDE на примере NetBeans.

Можно вообще обойтись без IDE, а писать исходный код в любом текстовом редакторе (например, в Notepad), а компилировать в командной строке.

Внимание: файл с исходным кодом должен иметь расширение .java и иметь в точности такое же имя, как и имя публичного (public) класса. Например, файл с исходным кодом:

должен называться Welcome.java, поскольку имя public класса – Welcome.

Компилятор Java преобразовывает файл с исходным кодом Java в файл с байткодом Java. Следующая команда компилирует Welcome.java:

Если нет синтаксических ошибок, компилятор генерирует файл байкода с расширением .class. Следовательно, приведённая выше команда генерирует файл с названием Welcome.class.

Чтобы иметь возможность компилировать и запускать программы, вы должны установить JDK. Как это сделать описано в инструкциях:

Язык Java – это высокоуровневый язык программирования, но байткод Java – это низкоуровневый язык. Байткод похож на машинные инструкции, но нейтрален к архитектуре (не зависит от архитектуры) и может запускаться на любой платформе, которая имеет виртуальную машину Java – Java Virtual Machine (JVM). В отличие от физической машины, виртуальная машина – это программа, которая интерпретирует байткод Java. Это одно из главных преимуществ Java: байткод Java может работать на различных аппаратных платформах и операционных системах. Исходный код Java компилируется в байткод Java, а байткод Java интерпретируется виртуальной машиной Java. Ваш код Java может использовать код библиотеки Java. JVM выполняет ваш код вместе с кодом из библиотеки.

Выполнить Java программу – это значит запустить байткод программы. Вы можете выполнить байткод на любой платформе с JVM, которая является интерпретатором. Она (виртуальная машина Java) переводит отдельные инструкции байткода в целевой машинный языковой код. Это делается последовательно – одна инструкция за раз, а не вся программ за один присест. Каждый шаг немедленно выполняется, сразу после перевода.

Следующая команда выполняет байткод для программы, которая приведена выше:

На скриншоте ниже показан процесс компиляции и запуска:

Внимание: не используйте расширение .class в команде, когда запускаете программу. Используйте ИмяКласса для запуска программы. Если вы в командной строке используете ИмяКласса.class, то система будет пытаться работать с файлом ИмяКласса.class.class.

Справка: когда выполняется Java программа, JVM начинает с загрузки байткода класса в память, используя программу под названием загрузчик классов (class loader). Если ваша программа использует другие классы, загрузчик классов динамически подгружает их перед тем, как они понадобятся. После загрузки класса, JVM использует программу под названием контролёр байткода (bytecode verifier) для проверки правильности байткода и проверки, что байткод не нарушает ограничений безопасности Java. Java обеспечивает строгую защиту, чтобы убедиться, что файлы классов Java не подделаны и не вредят вашему компьютеру.

Педагогическое примечание: ваш инструктор может требовать от вас использовать пакеты для организации программ. Например, все программы из этой части можно поместить в пакет chapter2. Подробности о пакетах и пространствах имён будут рассмотрены далее. Также посмотрите раздел «Почему NetBeans всегда использует package».

Типичные ошибки компиляции и запуска Java программ

Команда javac не найдена

Если при запуске javac, т.е. при попытке компиляции Java программы вы получаете ошибку:

Это означает, что JDK не установлен. Либо установлен, но не настроены переменные окружения. Способы исправления очевидны:

• установить JDK
• настроить переменные окружения

Если JDK установлен, то можно обойтись без добавления переменной окружения. Для этого используйте абсолютный путь до исполнимого файла javac:

Ошибка Class names are only accepted if annotation processing is explicitly requested

Если попытаться скомпилировать программу следующим образом:

то возникнет ошибка:

Причина ошибки в том – что вы забыли указать расширение файла .java.

Ошибка записи (error while writing)

Компиляция заканчивается ошибкой:

Причина ошибки в том, что у компилятора (javac) недостаточно прав на запись в тот каталог, куда он пытается сохранить новый файл .class. Чтобы ошибка исчезла: предоставьте компилятору дополнительные права (запустите от имени администратора), либо сохраняйте в папку, на которую у текущего пользователя имеются права записи.

Ошибка «class is public, should be declared in a file named»

который заканчивается примерной такой ошибкой

означает, что вы неправильно назвали класс в исходном коде программы. Имя класса должно совпадать с именем файла. В данном случае файл называется Welcome.java, а класс внутри программы назван Welcomee

Error: Could not find or load main class

Если попытаться запустить программу следующим образом:

то возникнет ошибка

Причина её в том, что не нужно было добавлять к названию файла расширение .class. Виртуальная машина автоматически добавляет расширение и в приведённом примере она ищет файл Welcome.class.class

Ошибка Error: Could not find or load main class при запуске Java программы по абсолютному пути

Эта ошибка возможно при запуске Java программы по абсолютному пути:

Ошибка возникает как в Windows, так и в Linux:

Если в терминале вы находитесь в той же директории, что и файл, который вы запускаете, то не нужно указывать абсолютный путь. Например, нужно запускать так:

Если же вы находитесь в другой директории, то нужно использовать опцию -cp, после которой указать путь до каталога, где размещена запускаемая программа. А далее указать запускаемый файл без расширения .class:

Как видно из скриншота, командная строка находится в папке C:\WINDOWS\system32. Файл, который нам нужно запустить, находится в папке C:\ (корень диска). Мы указываем после ключа -cp папку C:\, а затем пишем имя файла программы без расширения – Welcome.

Аналогично нужно поступать в Linux. Пример команды:

Ошибка Main method not found in class

Если при запуске вы столкнулись с ошибкой:

Это означает, что вы не указали метод main, либо написали слово неправильно (например, Main вместо main).

Особенности компиляции и запуска Java программ в Windows

Команда «javac» не является внутренней или внешней командой, исполняемой программой или пакетным файлом

Эта ошибка рассмотрена чуть выше. Для установки и настройки переменных окружения в Windows обратитесь к инструкции «Установка Java (JDK) в Windows».

Проблема с кодировкой в Java программах в командной строке Windows

Если вы написали программу, которая выводит кириллицу в консоль:

А в качестве результата получили крякозяблы:

Значит кодировка, в которой выводит строки ваша программа, отличается от кодировки командной строки Windows.

Имеется несколько способов исправить эту проблему. Кстати, если для запуска консольных программ Java вы используете NetBeans, то он выводит строки в правильной кодировке. В Linux эта проблема также отсутствует. Если вам нужно поменять кодировку на время, то вы можете выполнить следующие команды:

Для того, чтобы смена кодировки командной строки Windows не сбрасывалась после закрытия и открытия командной строки, можно внести изменения в реестр Windows. Для этого нажмите Win+x, выберите «Выполнить», в открывшееся окно введите regedit. В открывшейся программе (редактор реестра Windows) перейдите к [HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\Command Processor\Autorun] и измените (или добавьте) значение на @chcp 65001>nul

Инструменты для запуска и разработки Java приложений, компиляция, выполнение на JVM

Ни для кого не секрет, что на данный момент Java — один из самых популярных языков программирования в мире. Дата официального выпуска Java — 23 мая 1995 года.

Эта статья посвящена основам основ: в ней изложены базовые особенности языка, которые придутся кстати начинающим “джавистам”, а опытные Java-разработчики смогут освежить свои знания.

* Статья подготовлена на основе доклада Евгения Фраймана — Java разработчика компании IntexSoft.
В статье присутствуют ссылки на внешние материалы.

1. JDK, JRE, JVM

Java Development Kit — комплект разработчика приложений на языке Java. Он включает в себя Java Development Tools и среду выполнения Java — JRE (Java Runtime Environment).

Java development tools включают в себя около 40 различных тулов: javac (компилятор), java (лаунчер для приложений), javap (java class file disassembler), jdb (java debugger) и др.

Среда выполнения JRE — это пакет всего необходимого для запуска скомпилированной Java-программы. Включает в себя виртуальную машину JVM и библиотеку классов Java — Java Class Library.

JVM — это программа, предназначенная для выполнения байт-кода. Первое преимущество JVM — это принцип “Write once, run anywhere”. Он означает, что приложение, написанное на Java, будет работать одинаково на всех платформах. Это является большим преимуществом JVM и самой Java.

До появления Java, многие компьютерные программы были написаны под определенные компьютерные системы, а предпочтение отдавалось ручному управлению памятью, как более эффективному и предсказуемому. Со второй половины 1990-х годов, после появления Java, автоматическое управление памятью стало общей практикой.

Существует множество реализаций JVM, как коммерческих, так и с открытым кодом. Одна из целей создания новых JVM — увеличение производительности для конкретной платформы. Каждая JVM пишется под платформу отдельно, при этом есть возможность написать ее так, чтобы она работала быстрее на конкретной платформе. Самая распространённая реализация JVM — это JVM Hotspot от OpenJDK. Также есть реализации IBM J9, Excelsior JET.

2. Выполнение кода на JVM

Согласно спецификации Java SE, для того, чтобы получить код, работающий в JVM, необходимо выполнить 3 этапа:

• Загрузка байт-кода и создание экземпляра класса Class
  Грубо говоря, чтобы попасть на JVM, класс должен быть загружен. Для этого существуют отдельные класс-загрузчики, к ним мы вернемся чуть позже.
• Связывание или линковка
  После загрузки класса начинается процесс линковки, на котором байт-код разбирается и проверяется. Процесс линковки в свою очередь происходит в 3 шага:

— verification или проверка байт-кода: проверяется корректность инструкций, возможность переполнения стека на данном участке кода, совместимость типов переменных; проверка происходит один раз для каждого класса;
— preparation или подготовка: на данном этапе в соответствии со спецификацией выделяется память под статические поля и происходит их инициализация;
— resolution или разрешение: разрешение символьных ссылок (когда в байт-коде мы открываем файлы с расширением .class, мы видим числовые значения вместо символьных ссылок).

Инициализация полученного объекта Class
На последнем этапе класс, который мы создали, инициализируется, и JVM может начинать его исполнение.

3. Загрузчики классов и их иерархия

Вернемся к загрузчикам классов — это специальные классы, которые являются частью JVM. Они загружают классы в память и делают их доступными для выполнения. Загрузчики работают со всеми классами: и с нашими, и с теми, которые непосредственно нужны для Java.

Представьте ситуацию: мы написали свое приложение, и помимо стандартных классов там есть наши классы, и их очень много. Как с этим будет работать JVM? В Java реализована отложенная загрузка классов, иными словами lazy loading. Это значит, что загрузка классов не будет выполняться до тех пор, пока в приложении не встретится обращение к классу.

Иерархия загрузчиков классов

Первый загрузчик классов — это Bootstrap classloader. Он написан на C++. Это базовый загрузчик, который загружает все системные классы из архива rt.jar. При этом, есть небольшое отличие между загрузкой классов из rt.jar и наших классов: когда JVM загружает классы из rt.jar, она не выполняет все этапы проверки, которые выполняются при загрузке любого другого класс-файла т.к. JVM изначально известно, что все эти классы уже проверены. Поэтому, включать в этот архив какие-либо свои файлы не стоит.

Следующий загрузчик — это Extension classloader. Он загружает классы расширений из папки jre/lib/ext. Допустим, вы хотите, чтобы какой-то класс загружался каждый раз при старте Java машины. Для этого вы можете скопировать исходный файл класса в эту папку, и он будет автоматически загружаться.

Еще один загрузчик — System classloader. Он загружает классы из classpath’а, который мы указали при запуске приложения.

Процесс загрузки классов происходит по иерархии:

• В первую очередь мы запрашиваем поиск в кэше System Class Loader (кэш системного загрузчика содержит классы, которые уже были им загружены);
• Если класс не был найден в кэше системного загрузчика, мы смотрим кэш Extension class loader;
• Если класс не найден в кэше загрузчика расширений, класс запрашивается у загрузчика Bootstrap.

Если класс не найден в кэше Bootstrap, он пытается загрузить этот класс. Если Bootstrap не смог загрузить класс, он делегирует загрузку класса загрузчику расширений. Если на этот момент класс будет загружен, он остается в кэше у Extension classloader, а загрузка класса является завершенной.

4. Структура Сlass-файлов и процесс загрузки

Перейдем непосредственно к структуре Class-файлов.

Один класс, написанный на Java, компилируется в один файл с расширением .class. Если в нашем Java файле лежит несколько классов, один файл Java может быть скомпилирован в несколько файлов с расширением .class — файлов байт-кода данных классов.

Все числа, строки, указатели на классы, поля и методы хранятся в Сonstant pool — области памяти Meta space. Описание класса хранится там же и содержит имя, модификаторы, супер-класс, супер-интерфейсы, поля, методы и атрибуты. Атрибуты, в свою очередь, могут содержать любую дополнительную информацию.

Таким образом, при загрузке классов:

• происходит чтение класс-файла, т.е проверка корректности формата
• создается представление класса в Constant pool (Meta space)
• грузятся супер-классы и супер-интерфейсы; если они не будут загружены, то и сам класс не будет загружен

5. Исполнение байт-кода на JVM

В первую очередь, для исполнения байт-кода, JVM может его интерпретировать. Интерпретация — довольно медленный процесс. В процессе интерпретации, интерпретатор “бежит” построчно по класс-файлу и переводит его в команды, которые понятны JVM.

Также JVM может его транслировать, т.е. скомпилировать в машинный код, который будет исполняться непосредственно на CPU.

Команды, которые исполняются часто, не будут интерпретироваться, а сразу будут транслироваться.

6. Компиляция

Компилятор — это программа, которая преобразует исходные части программ, написанные на языке программирования высокого уровня, в программу на машинном языке, “понятную” компьютеру.

Компиляторы делятся на:

• Не оптимизирующие
• Простые оптимизирующие (Hotspot Client): работают быстро, но порождают неоптимальный код
• Сложные оптимизирующие (Hotspot Server): производят сложные оптимизирующие преобразования прежде чем сформировать байт-код

Также компиляторы могут классифицироваться по моменту компиляции:

• Динамические компиляторы
  Работают одновременно с программой, что сказывается на производительности. Важно, чтобы эти компиляторы работали на коде, который часто исполняется. Во время исполнения программы JVM знает, какой код выполняется чаще всего, и, чтобы постоянно не интерпретировать его, виртуальная машина сразу переводит его в команды, которые уже будут исполняться непосредственно на процессорe.
• Статические компиляторы
  Дольше компилируют, но порождают оптимальный код для исполнения. Из плюсов: не требуют ресурсов во время исполнения программы, каждый метод компилируется с применением оптимизаций.

7. Организация памяти в Java

Стек — это область памяти в Java, которая работает по схеме LIFO — “Last in — Fisrt Out” или “Последним вошел, первым вышел”.

Он нужен для того, чтобы хранить методы. Переменные в стеке существуют до тех пор, пока выполняется метод в котором они были созданы.

Когда вызывается любой метод в Java, создается фрейм или область памяти в стеке, и метод кладется на его вершину. Когда метод завершает выполнение, он удаляется из памяти, тем самым освобождая память для следующих методов. Если память стека будет заполнена, Java бросит исключение java.lang.StackOverFlowError. К примеру, это может произойти, если у нас будет рекурсивная функция, которая будет вызывать сама себя и памяти в стеке не будет хватать.

Ключевые особенности стека:

• Стек заполняется и освобождается по мере вызова и завершения новых методов
• Доступ к этой области памяти осуществляется быстрее, чем к куче
• Размер стека определяется операционной системой
• Является потокобезопасным, поскольку для каждого потока создается свой отдельный стек

Ещё одна область памяти в Java — Heap или куча. Она используется для хранения объектов и классов. Новые объекты всегда создаются в куче, а ссылки на них хранятся в стеке. Все объекты в куче имеют глобальный доступ, то есть к ним можно получить доступ из любой точки приложения.

Куча разбита на несколько более мелких частей, называемых поколениями:

• Young generation — область, где размещаются недавно созданные объекты
• Old (tenured) generation — область, где хранятся “долгоживущие” объекты
• До Java 8 существовала ещё одна область — Permanent generation — которая содержит метаинформацию о классах, методах, статических переменных. После появления Java 8 было решено хранить эту информацию отдельно, вне кучи, а именно в Meta space

Почему отказались от Permanent generation? В первую очередь, это из-за ошибки, которая была связана с переполнением области: так как Perm имел константный размер и не мог расширяться динамически, рано или поздно память заканчивалась, кидалась ошибка, и приложение падало.

Meta space же имеет динамический размер, и во время исполнения он может расширяться до размеров памяти JVM.

Ключевые особенности кучи:

• Когда эта область памяти заполняется полностью, Java бросает java.lang.OutOfMemoryError
• Доступ к куче медленнее, чем к стеку
• Для сбора неиспользуемых объектов работает сборщик мусора
• Куча, в отличие от стека, не является потокобезопасной, так как любой поток может получить к ней доступ

Основываясь на информации выше, рассмотрим, как происходит управление памятью на простом примере:

У нас есть класс App, в котором единственный метод main состоит из:

— примитивной переменой id типа int со значением 23
— ссылочной переменной pName типа String со значением Jon
— ссылочной переменной p типа person

Как уже упоминалось, при вызове метода на вершине стека создаётся область памяти, в которой хранятся данные, необходимые этому методу для выполнения.
В нашем случае, это ссылка на класс person: сам объект хранится в куче, а в стеке хранится ссылка. Также в стек кладется ссылка на строку, а сама строка хранится в куче в String pool. Примитив хранится непосредственно в стеке.

Для вызова конструктора с параметрами Person (String) из метода main() в стеке, поверх предыдущего вызова main() создается в стеке отдельный фрейм, который хранит:

— this — ссылка на текущий объект
— примитивное значение id
— ссылочную переменную personName, которая указывает на строку в String Pool.

После того, как мы вызвали конструктор, вызывается setPersonName(), после чего снова создается новый фрейм в стеке, где хранятся те же данные: ссылка на объект, ссылка на строку, значение переменной.

Таким образом, когда выполнится метод setter, фрейм пропадет, стек очистится. Далее выполняется конструктор, очищается фрейм, который был создан под конструктор, после чего метод main() завершает свою работу и тоже удаляется из стека.

Если будут вызваны другие методы, для них будут также созданы новые фреймы с контекстом этих конкретных методов.

8. Garbage collector

В куче работает Garbage collector — программа, работающая на виртуальной машине Java, которая избавляется от объектов, к которым невозможно получить доступ.

Разные JVM могут иметь различные алгоритмы сборки мусора, также существуют разные сборщики мусора.

Мы поговорим о самом простом сборщике Serial GC. Сборку мусора мы запрашиваем при помощи System.gc().

Как уже было упомянуто выше, куча разбита на 2 области: New generation и Old generation.

New generation (младшее поколение) включает в себя 3 региона: Eden, Survivor 0 и Survivor 1.

Old generation включает в себя регион Tenured.

Что происходит, когда мы создаем в Java объект?

В первую очередь объект попадает в Eden. Если мы создали уже много объектов и в Eden уже нет места, срабатывает сборщик мусора и освобождает память. Это, так называемая, малая сборка мусора — на первом проходе он очищает область Eden и кладёт “выжившие” объекты в регион Survivor 0. Таким образом регион Eden полностью высвобождается.

Если произошло так, что область Eden снова была заполнена, garbage collector начинает работу с областью Eden и областью Survivor 0, которая занята на данный момент. После очищения выжившие объекты попадут в другой регион — Survivor 1, а два остальных останутся чистыми. При последующей сборке мусора в качестве региона назначения опять будет выбран Survivor 0. Именно поэтому важно, чтобы один из регионов Survivor всегда был пустым.

JVM следит за объектами, которые постоянно копируются и перемещаются из одного региона в другой. И для того, чтобы оптимизировать данный механизм, после определённого порога сборщик мусора перемещает такие объекты в регион Tenured.

Когда в Tenured места для новых объектов не хватает, происходит полная сборка мусора — Mark-Sweep-Compact.

Во время этого механизма определяется, какие объекты больше не используются, регион очищается от этих объектов, и область памяти Tenured дефрагментируется, т.е. последовательно заполняется нужными объектами.