El proceso de desarrollo de software en Java

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El proceso de desarrollo de los programas Java no difiere de la mayoría de los lenguajes de programación. Es necesario seguir un conjunto de pasos para desarrollar correctamente un producto software. 

La Ingeniería del Software estudia los distintos procesos de desarrollo de software. El IEEE define Ingeniería del Software como la aplicación sistemática, disciplinada y cuantificable de un proceso de desarrollo, operación y mantenimiento de un producto software.

El proceso clásico de desarrollo de software es ampliamente utilizado por su sencillez. Este proceso se compone de las siguientes fases: especificación, diseño, codificación, prueba y mantenimiento. 

Especificación. En esta fase se decide la funcionalidad, las características técnicas de una aplicación y sus condiciones de uso. En esta fase es necesario responder a las siguientes preguntas:

1. ¿Para qué se va a utilizar la aplicación?
2. ¿Cuáles son las necesidades funcionales de los usuarios?
3. ¿Cuál es el perfil de los usuarios de la aplicación?
4. ¿En qué plataforma se ejecutará la aplicación?
5. ¿Cuáles son sus condiciones de operación?
6. ¿Cómo se va a utilizar?

• Diseño. 

En esta fase se utiliza toda la información recogida en la fase de especificación y se propone una solución que responda a las necesidades del usuario y se pueda desarrollar. En esta fase se define la arquitectura de la aplicación. Es necesario detallar la estructura y la organización del programa y cómo se relacionan las distintas partes de la aplicación.

• Codificación. 

Esta fase consiste en la programación en Java de las especificaciones de diseño de la fase anterior. Durante esta fase de codificación o implementación se aplican normas de programación para facilitar la legibilidad de los programas Java. 

• Prueba. 

En esta fase se compila y se ejecuta la aplicación para verificar que cumple con los requisitos funcionales y técnicos definidos en la fase de especificación. Si el programa no cumple con todos los requisitos, se puede deber a errores de diseño o de programación. En tal caso, es necesario corregir los errores que se hayan detectado y repetir de nuevo el proceso de diseño y codificación. Durante la fase de prueba se verifica que la aplicación cumple con los criterios de calidad establecidos en el proyecto: facilidad de uso, corrección, eficiencia, integridad, fiabilidad, flexibilidad, facilidad de mantenimiento, facilidad de prueba, portabilidad, capacidad de reutilización e interoperabilidad.

Una vez que la aplicación se ha probado y cumple con los requisitos establecidos, entonces se pone en funcionamiento y comienza la fase de operación para que sea utilizada para el fin con el que ha sido desarrollada.

• Mantenimiento. 

Una vez que la aplicación se ha puesto en operación da comienzo la fase de mantenimiento. En esta fase se corrigen errores de funcionamiento de la aplicación, se modifica la funcionalidad o se añaden las nuevas funcionalidades que demandan los usuarios. La fase de mantenimiento es la de mayor duración, pues pueden pasar muchos años desde el inicio de la operación hasta que el producto es retirado.

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La codificación de programas Java

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El estilo de programación o codificación de los programas Java es muy importante. La legibilidad de un programa determina en buena medida que se haya desarrollado correctamente y que el producto final sea eficiente.

Legibilidad > Corrección > Eficiencia

• Legibilidad. 

Un programa Java debe ser fácil de leer y entender, incluso para una persona que no ha participado en el desarrollo del programa. La legibilidad es un aspecto muy importante porque facilita el mantenimiento del software, la corrección de errores o la modificación de la funcionalidad de la aplicación con menor coste.

• Corrección. 

Un programa debe hacer lo que debe hacer, ni más, ni menos. Esto es lo que se entiende por corrección. Un programa debe cumplir rigurosamente los requisitos funcionales y técnicos de la fase de especificación. Durante la fase de prueba se verifica que el programa funciona correctamente y que cumple los requisitos técnicos y funcionales.

• Eficiencia. 

La eficiencia se refiere al tiempo que un programa tarda en ejecutarse y a los recursos que consume. Cuanto más rápido sea un programa y utilice menos memoria o disco duro, el diseño es mejor. La eficiencia no es un problema que deba atender cuando se aprende a programar. Ahora lo mejor es utilizar los mecanismos de optimización propios de los compiladores. La eficiencia se debe analizar solo cuando un programa funciona correctamente y cumple con los requisitos técnicos definidos.

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El proceso de edición y compilación en java

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En Java, al igual que en otros lenguajes de programación, se sigue el siguiente proceso: edición del código fuente, compilación y ejecución. Los programas Java se desarrollan y se compilan para obtener un código denominado Bytecode que es interpretado por una máquina virtual de Java (Java Virtual Machine).

La edición del programa fuente se realiza escribiendo el programa Java en un editor de texto como el Bloc de notas o utilizando un entorno integrado de desarrollo. El código fuente se almacena en un fichero de tipo .java.

La compilación se realiza con el compilador Java javac o utilizando un entorno integrado de desarrollo. Durante el proceso de compilación se verifica que el código fuente cumple la definición léxica, sintáctica y semántica de Java. Esto significa que el compilador comprueba que el código fuente se compone de palabras válidas en Java y que los comandos Java tienen la forma sintáctica correcta. Si durante el proceso de compilación el compilador detecta los errores que ha cometido el programador y le informa de los problemas que ha encontrado para que pueda corregirlos. Si durante la compilación no se detectan errores, se genera un fichero de tipo class en Bytecode. Una vez finalizado el proceso de compilación se puede ejecutar el programa. Para esto, es necesario que la máquina virtual de Java interprete el código Bytecode y ejecute la aplicación.

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Entornos de desarrollo para Java

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Existen distintos entornos de desarrollo de aplicaciones Java. Este tipo de productos ofrecen al programador un entorno de trabajo integrado para facilitar el proceso completo de desarrollo de aplicaciones, desde el diseño, la programación, la documentación y la verificación de los programas. Estos productos se denominan IDE (Integrated Development Environment).

Existen entornos de distribución libre como: 

• NetBeans

• Eclipse 

• BlueJ

Entre los productos comerciales están 

• JBuilder 

• JCreatorPro

Para utilizar un entorno de desarrollo es necesario instalar el Java Runtime Environment (JRE) apropiado para el sistema operativo. El JRE se descarga de la página de Oracle Java.

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La plataforma de Java

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Los programas Java se compilan a un lenguaje intermedio, denominado Bytecode. Este código es interpretado por la máquina virtual de Java del entorno de ejecución (JRE) y así se consigue la portabilidad en distintas plataformas. El JRE es una pieza intermedia entre el código Bytecode y los distintos sistemas operativos existentes en el mercado. Un programa Java compilado en Bytecode se puede ejecutar en sistemas operativos como Windows, Linux, Mac Os, Solaris, BlackBerry OS, iOs o Android utilizando el entorno de ejecución de Java (JRE) apropiado.

Una de las características más importantes de los lenguajes de programación modernos es la portabilidad. Como se ha comentado antes, un programa es portable cuando es independiente de la plataforma y puede ejecutarse en cualquier sistema operativo y dispositivo físico. Los programas Java son portables porque se ejecutan en cualquier plataforma. 

Sucede algo parecido con las fotografías o los ficheros PDF. Las fotografías con formato JPEG son portables porque un archivo JPEG lo podemos visualizar con distintos visores de fotos y en dispositivos como ordenadores, tabletas o teléfonos. El formato JPEG es un estándar para almacenar archivos de imagen. Todas las imágenes JPEG tienen el mismo formato y los visores de fotos están diseñados para mostrar las imágenes con este formato. De forma similar, los archivos PDF (Portable Document Format) son portables. El formato PDF fue desarrollado por Adobe Systems con la idea de que estos archivos se puedan ver en cualquier dispositivo que tenga instalado Adobe Acrobat Reader, el software de visualización de documentos PDF.

La portabilidad de Java ha contribuido a que muchas empresas hayan desarrollado sus sistemas de comercio electrónico y sus sistemas de información en Internet con Java. El proceso de desarrollo y de mantenimiento de los sistemas resulta menos costoso y las aplicaciones son compatibles con distintos sistemas operativos.

La evolución del lenguaje de programación Java ha sido muy rápida. La plataforma de desarrollo de Java, denominada Java Development Kit (JDK), se ha ido ampliando y cada vez incorpora a un número mayor de programadores en todo el mundo. En realidad Java no solo es un lenguaje de programación. Java es un lenguaje, una plataforma de desarrollo, un entorno de ejecución y un conjunto de librerías para desarrollo de programas sofisticados. Las librerías para desarrollo se denominan Java Application Programming Interface (Java API).

El siguiente esquema muestra los elementos de la plataforma Java, desde el código fuente, el compilador, el API de Java, los programas compilados en Bytecode y el entorno de ejecución de Java. Este entorno de ejecución (JRE) y la máquina virtual (JVM) permiten que un programa compilado Java se ejecute en distintos sistemas operativos.

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Historia de Java

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Java es un lenguaje de programación desarrollado por Sun Microsystems.

Java fue presentado en la segunda mitad del año 1995 y desde entonces se ha convertido en un lenguaje de programación muy popular. Java es un lenguaje muy valorado porque los programas Java se pueden ejecutar en diversas plataformas con sistemas operativos como Windows, Mac OS, Linux o Solaris. James Gosling, el director del equipo de trabajo encargado de desarrollar Java, hizo realidad la promesa de un lenguaje independiente de la plataforma. Se buscaba diseñar un lenguaje que permitiera programar una aplicación una sola vez que luego pudiera ejecutarse en distintas máquinas y sistemas operativos. Para conseguir la portabilidad de los programas Java se utiliza un entorno de ejecución para los programas compilados. Este entorno se denomina Java Runtime Environment (JRE). Es gratuito y está disponible para los principales sistemas operativos. Esto asegura que el mismo programa Java pueda ejecutarse en Windows, Mac OS, Linux o Solaris.

“Write Once, Run Anyware”, que podría traducirse como “programar una sola vez y después ejecutar los programas en cualquier sistema operativo”, era el objetivo del equipo de desarrollo de Java. Esta idea resume el concepto de portabilidad. Los programas Java son portables, es decir, independientes de la plataforma, porque pueden ejecutarse en cualquier ordenador o dispositivo móvil, independientemente del sistema operativo que tengan instalado: Un programa Java puede ejecutarse en un ordenador de mesa, un ordenador portátil, una tableta, un teléfono, un reproductor de música o en cualquier otro dispositivo móvil con cualquier sistema operativo.

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Los lenguajes de programación

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Los lenguajes de programación son idiomas artificiales diseñados para expresar cálculos y procesos que serán llevados a cabo por ordenadores. Un lenguaje de programación está formado por un conjunto de palabras reservadas, símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. El proceso de programación consiste en la escritura, compilación y verificación del código fuente de un programa.

Antes de diseñar un programa es necesario entender completamente el problema que queremos resolver y conocer las restricciones de operación de la aplicación. La programación es una tarea compleja y es muy importante abordar la solución a un problema específico desde un punto de vista algorítmico. Un algoritmo es un conjunto ordenado y finito de operaciones que permite hallar la solución de un problema. Está definido por instrucciones o reglas bien definidas, ordenadas y finitas que permiten realizar una actividad. Dado un estado inicial, una entrada y una secuencia de pasos sucesivos, se llega a un estado final y se obtiene una solución.

Para programar de forma eficaz es necesario aprender a resolver problemas de una forma sistemática y rigurosa. Solo se puede llegar a realizar un buen programa si previamente se ha diseñado un algoritmo. Un algoritmo dará lugar a un programa que puede codificarse en cualquier lenguaje de programación.

Uno de los objetivos del curso de Fundamentos de Informática es que el alumno desarrolle habilidades de análisis y diseño de algoritmos simples que le puedan ser de utilidad en el futuro. Es importante tener nociones básicas de programación porque esto permitirá entender y diseñar procesos básicos en lenguajes de uso general como Java y también en aplicaciones informáticas de uso común en la ingeniería o el diseño. En la actualidad la mayoría de las aplicaciones que utilizamos a diario ofrecen posibilidades de programación. Esto facilita el diseño de pequeñas aplicaciones para automatizar tareas de uso cotidiano.

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