Introducción al lenguaje Java 21 SE.

1. Introducción

1.1. ¿Qué es Java?

Java es un lenguaje de programación de propósito general, orientado a objetos y diseñado para ser altamente portable. Con el lema «write once, run anywhere», Java permite desarrollar aplicaciones que se ejecutan en múltiples plataformas sin necesidad de recompilar el código. Esta característica ha convertido a Java en un pilar del desarrollo de software tanto en el ámbito empresarial como en el mundo académico y de la tecnología emergente.

1.2. Breve Historia e Impacto en la Informática

Desde su aparición en 1995, Java ha evolucionado para convertirse en uno de los lenguajes más populares en la programación. Originalmente desarrollado por Sun Microsystems, su arquitectura basada en una Máquina Virtual (JVM) ha permitido que aplicaciones complejas se ejecuten con alto rendimiento y seguridad en una variedad de dispositivos, desde servidores hasta dispositivos móviles. Su impacto en internet, la creación de frameworks robustos y su continua evolución lo convierten en un referente para el desarrollo seguro y escalable en 2025.

2. Conceptos Fundamentales de Java

2.1. Los Orígenes de Java

Nacido en un contexto en el que la necesidad de interoperabilidad era alta, Java fue diseñado para ofrecer seguridad, portabilidad y una sintaxis clara derivada de lenguajes como C y C++. Su creación impulsó un cambio en el desarrollo de aplicaciones para internet y en dispositivos embebidos, marcando el inicio de una nueva era en la informática.

2.2. Relación con C, C++ y C#

Aunque Java comparte una sintaxis similar a C y C++, sus fundamentos se centran en evitar problemas comunes en estos lenguajes, como la gestión manual de la memoria y la complejidad de la herencia múltiple. Por otro lado, C# fue en parte inspirado por Java y ha tomado decisiones de diseño competitivas; sin embargo, Java se ha distinguido por su filosofía «plataforma neutral» y una comunidad de desarrolladores muy activa.

2.3. La Contribución de Java a Internet

Java revolucionó el desarrollo de aplicaciones web con su capacidad para compilar a bytecode, permitiendo que el mismo código se ejecute en cualquier dispositivo con una JVM instalada. Esta característica ha sido integral para el crecimiento de aplicaciones en servidor, la seguridad en el entorno web y el desarrollo de aplicaciones móviles.

3. Evolución del Lenguaje Java

3.1. Historia del Lenguaje Java

Desde su primera versión en los años 90 hasta la llegada de Java 21, el lenguaje ha pasado por numerosas iteraciones. Cada actualización ha introducido mejoras en rendimiento, sintaxis y funcionalidades, adaptándose a las necesidades tanto de la programación empresarial como de las nuevas tendencias tecnológicas.

3.2. El Papel de Java en la Informática del Año 2025

Java sigue siendo fundamental en 2025, siendo empleado en aplicaciones críticas en finanzas, telecomunicaciones, sistemas embebidos y servicios web de alta disponibilidad. Se destacan tres pilares:

3.2.1. Seguridad

La sólida arquitectura de la JVM y el riguroso control de acceso a recursos en Java proporcionan un entorno seguro frente a vulnerabilidades. La inclusión de mecanismos como el sandboxing y políticas de seguridad a nivel de código hacen de Java uno de los lenguajes más fiables para aplicaciones sensibles.

3.2.2. Portabilidad

El bytecode generado permite que el código Java se ejecute en cualquier sistema operativo que tenga instalada la JVM, haciendo que la migración entre plataformas sea casi transparente.

3.2.3. La Magia del Bytecode

El proceso de compilación en Java transforma el código fuente en bytecode –un conjunto de instrucciones interpretadas por la JVM– que posibilita la independencia del hardware y la optimización en tiempo de ejecución, garantizando un rendimiento competitivo y una gran escalabilidad.

4. Terminología y Paradigmas en Java

4.1. Programación Orientada a Objetos (POO)

La Programación Orientada a Objetos (POO) es un paradigma de desarrollo que organiza el código en torno a objetos, en lugar de funciones y datos independientes. Este enfoque permite modelar sistemas de manera más intuitiva, acercándose a la forma en que los humanos pensamos sobre el mundo real.

Java es un lenguaje que está diseñado desde sus fundamentos para trabajar con POO, haciendo uso de conceptos como encapsulación, herencia, polimorfismo y abstracción, los cuales permiten construir programas modulares, reutilizables y fáciles de mantener.

¿Qué es un objeto y qué es una clase?

En POO, los objetos representan instancias de clases, que son estructuras que definen el comportamiento y las características de un tipo específico de entidad.

Ejemplo sencillo de una clase y un objeto en Java:

// Definición de la clase Persona
public class Persona {
    String nombre;
    int edad;
    
    // Constructor de la clase
    public Persona(String nombre, int edad) {
        this.nombre = nombre;
        this.edad = edad;
    }

    // Método para mostrar información
    public void mostrarInfo() {
        System.out.println("Nombre: " + nombre + ", Edad: " + edad);
    }
}

// Clase principal con el método main
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // Creación de un objeto de la clase Persona
        Persona persona1 = new Persona("Carlos", 30);
        persona1.mostrarInfo(); // Salida: Nombre: Carlos, Edad: 30
    }
}

En este ejemplo, la clase Persona define dos atributos (nombre y edad), un constructor y un método (mostrarInfo()). Luego, en la clase Main, se crea un objeto (persona1) y se invoca el método para mostrar su información.

1. Encapsulación

La encapsulación consiste en ocultar los detalles internos de un objeto y permitir el acceso solo a través de métodos definidos. Esto mejora la seguridad del código y la modularidad.

Ejemplo de encapsulación:

public class CuentaBancaria {
    private double saldo;  // Atributo privado, no accesible directamente

    // Constructor
    public CuentaBancaria(double saldoInicial) {
        saldo = saldoInicial;
    }

    // Método para depositar dinero
    public void depositar(double cantidad) {
        saldo += cantidad;
    }

    // Método para consultar el saldo
    public double consultarSaldo() {
        return saldo;
    }
}

// Uso en una clase principal
public class Banco {
    public static void main(String[] args) {
        CuentaBancaria cuenta = new CuentaBancaria(1000);
        cuenta.depositar(500);
        System.out.println("Saldo actual €: " + cuenta.consultarSaldo()); // Salida: 1500
    }
}

Aquí, el atributo saldo es privado (private), lo que impide su acceso directo. En su lugar, se emplean métodos públicos (depositar y consultarSaldo) para interactuar con él, lo que refuerza la seguridad y la integridad de los datos.

2. Herencia

La herencia permite que una clase (subclase) obtenga características de otra clase (superclase). Esto facilita la reutilización del código y la especialización de clases.

Ejemplo de herencia:

// Clase base
public class Animal {
    public void hacerSonido() {
        System.out.println("El animal hace un sonido");
    }
}

// Clase derivada (hereda de Animal)
public class Perro extends Animal {
    @Override
    public void hacerSonido() {
        System.out.println("El perro ladra");
    }
}

// Uso de herencia en el programa principal
public class Zoologico {
    public static void main(String[] args) {
        Animal miAnimal = new Animal();
        miAnimal.hacerSonido(); // Salida: El animal hace un sonido

        Perro miPerro = new Perro();
        miPerro.hacerSonido(); // Salida: El perro ladra
    }
}

La clase Perro hereda de Animal, sobrescribiendo (@Override) el método hacerSonido(). Gracias a la herencia, Perro puede utilizar el comportamiento de Animal y modificarlo según sus necesidades.

3. Polimorfismo

El polimorfismo permite que un mismo método pueda ejecutarse de diferentes maneras según el objeto que lo llame. Esto se logra mediante la sobrescritura (@Override) en clases heredadas.

Ejemplo de polimorfismo:

// Clase base
public class Vehiculo {
    public void acelerar() {
        System.out.println("El vehículo está acelerando.");
    }
}

// Clase derivada
public class Coche extends Vehiculo {
    @Override
    public void acelerar() {
        System.out.println("El coche acelera rápidamente.");
    }
}

// Otra clase derivada
public class Bicicleta extends Vehiculo {
    @Override
    public void acelerar() {
        System.out.println("La bicicleta avanza lentamente.");
    }
}

// Uso del polimorfismo en el programa
public class Carretera {
    public static void main(String[] args) {
        Vehiculo v1 = new Coche();
        Vehiculo v2 = new Bicicleta();

        v1.acelerar(); // Salida: El coche acelera rápidamente.
        v2.acelerar(); // Salida: La bicicleta avanza lentamente.
    }
}

Aquí, aunque v1 y v2 son declarados como Vehiculo, en tiempo de ejecución cada objeto ejecuta su propia versión del método acelerar(), mostrando el efecto del polimorfismo.

La Programación Orientada a Objetos (POO) es fundamental en Java y permite crear sistemas flexibles, organizados y reutilizables. Al emplear encapsulación, herencia y polimorfismo, los desarrolladores pueden diseñar aplicaciones robustas con menos redundancia y mayor claridad en el código.

En Java 21, el paradigma POO sigue evolucionando con mejoras como Records, Sealed Classes y la implementación de patrones más expresivos mediante Pattern Matching, lo que potencia aún más la seguridad y la mantenibilidad del código.

4.2. Otros Paradigmas: Funcional y Concurrente

Más allá de la POO, Java ha incorporado elementos de la programación funcional dentro de las últimas versiones (por ejemplo, lambdas y streams). Asimismo, la evolución del lenguaje en entornos de alta concurrencia ha llevado a la introducción de herramientas avanzadas como los Virtual Threads, que simplifican y optimizan el manejo de tareas concurrentes.

5. Java 21: Características y Novedades

5.1. Novedades y Mejoras

Java 21 trae consigo una serie de mejoras que potencian tanto el rendimiento como la productividad del desarrollador. Entre las principales novedades destacan:

• Virtual Threads y Structured Concurrency: Facilitando la creación de hilos ligeros y la gestión de múltiples tareas concurrentes de forma más segura y escalable.
• Records Mejorados y Sealed Classes: Estos mecanismos permiten crear clases inmutables y restringir la herencia a un conjunto controlado de subclases, mejorando la claridad y seguridad del diseño.
• Pattern Matching para Switch: Refinamientos en la sintaxis que permiten trabajar con diferentes tipos de datos de manera más expresiva y menos propensa a errores.
• Optimizaciones Internas y Mejor Gestión de la Memoria: Aporta mejoras en el rendimiento en escenarios de alta demanda, reduciendo el overhead en la gestión de recursos.

5.2. Ejemplos Prácticos en Java 21

A continuación, se muestran algunos ejemplos de código que ilustran las nuevas características de la versión de Java SE 21 LTS:

Virtual Threads

public class VirtualThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // Creación y ejecución de un hilo virtual
        Thread virtualThread = Thread.ofVirtual().start(() -> {
            System.out.println("¡Hola desde un hilo virtual en Java 21!");
        });
        virtualThread.join();
    }
}

Sealed Classes y Records

// Definición de una interfaz sellada
public sealed interface Shape permits Circle, Rectangle {}

// Clase final que implementa Shape
public final class Circle implements Shape {
    private final double radius;
    
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }
    
    public double getRadius() {
        return radius;
    }
}

// Clase final para un rectángulo
public final class Rectangle implements Shape {
    private final double width;
    private final double height;
    
    public Rectangle(double width, double height) {
         this.width = width;
         this.height = height;
    }
    
    public double getWidth() {
         return width;
    }
    
    public double getHeight() {
         return height;
    }
}

// Uso de un record para representar un punto
public record Point(int x, int y) {}

Pattern Matching en Switch

public String getShapeName(Shape shape) {
    return switch (shape) {
        case Circle c -> "Círculo";
        case Rectangle r -> "Rectángulo";
        // En versiones futuras se pueden agregar más casos
        default -> throw new IllegalStateException("Forma desconocida: " + shape);
    };
}

Estos ejemplos ilustran cómo Java 21 combina la robustez tradicional con innovaciones que simplifican el desarrollo concurrente y seguro.

6. Documentación y Recursos de Java

6.1. La Documentación Oficial de Java

La documentación oficial de Oracle y la comunidad de OpenJDK constituyen fuentes primarias para comprender a fondo cada versión del lenguaje. Es imperativo consultar estos recursos para mantenerse actualizado sobre las mejores prácticas y las nuevas APIs.

6.2. Técnicas de Sangrado y Convenciones de Código

La correcta indentación (sangrado) y el uso consistente de convenciones de nomenclatura son esenciales para la legibilidad y el mantenimiento del código. Se recomienda seguir guías de estilo oficiales (como la de Oracle) y emplear herramientas de formateo automáticas.

6.3. Tabla de Palabras Reservadas del Lenguaje y Otros Elementos

En Java, las palabras reservadas (o keywords) son lexemas que tienen un significado fijo y especial para el compilador. Esto significa que no pueden utilizarse para nombrar clases, métodos, variables u otros identificadores, ya que están destinadas a definir la estructura y el comportamiento del lenguaje. Además de estas palabras «históricas», en las versiones más recientes de Java se han incorporado nuevas palabras, algunas de ellas como palabras reservadas contextuales, que aportan mejoras en la concisión y legibilidad del código (por ejemplo, para inferencia de tipos o manejo de clases inmutables y selladas).

A continuación se presenta una tabla completa con las palabras reservadas tradicionales y algunas de las novedades introducidas en versiones posteriores (desde Java 9 en adelante):

Tabla de Palabras Reservadas y Contextuales en Java

Consideraciones Adicionales

• Palabras Reservadas Contextuales: Algunas palabras, como var, son reservadas en ciertos contextos. Esto significa que su significado especial se aplica únicamente en situaciones predefinidas (por ejemplo, en la declaración de una variable) pero pueden emplearse como nombres de identificadores en otros contextos donde su significado no se active.
• Evolución del Lenguaje: Con cada nueva versión, Java introduce mejoras que incluyen nuevas palabras o reinterpreta algunas existentes. Por ejemplo, las innovaciones asociadas con la inferencia de tipos, los registros inmutables y el control de la herencia (como sealed, permits y non-sealed) han ampliado el repertorio de palabras del lenguaje, facilitando un desarrollo más seguro y expresivo.
• Módulos y el Sistema de Módulos: Las palabras relacionadas con la modularización (module, requires, exports, etc.) reflejan el cambio paradigmático introducido en Java 9, que facilita la organización y el mantenimiento de aplicaciones de gran escala.

Esta estructura completa y detallada no solo sirve como una rápida referencia para desarrolladores, sino que también ayuda a entender cómo evolucionan los elementos básicos del lenguaje para adaptarse a las exigencias de la programación moderna.

7. Bibliotecas y Herramientas de Desarrollo

7.1. Bibliotecas de Clases Estándar

Java cuenta con un extenso conjunto de bibliotecas que abordan desde manejo de datos (java.util) hasta operaciones de entrada/salida (java.io o java.nio), pasando por networking, seguridad y desarrollo web. Estas bibliotecas permiten que desarrolladores implementen funcionalidades complejas sin reinventar la rueda.

7.2. Frameworks y Herramientas (Spring, Hibernate, etc.)

Para el desarrollo de aplicaciones empresariales, frameworks como Spring o Jakarta EE ofrecen estructuras robustas y escalables. Por otro lado, Hibernate simplifica el mapeo objeto-relacional (ORM), facilitando la interacción con bases de datos. Estas herramientas potencian al lenguaje al proporcionar soluciones integradas a desafíos comunes en la industria.

7.3. Gestión de Dependencias con Maven y Gradle

El uso de herramientas de automatización como Maven y Gradle es fundamental para la gestión de proyectos en Java. Estas permiten definir, gestionar y resolver dependencias de bibliotecas de forma eficiente, además de automatizar la compilación, pruebas y empaquetado de aplicaciones.

8. Desarrollo Práctico en Java

8.1. Solución de Errores Sintácticos y Comunes

Identificar y corregir errores sintácticos es parte esencial del desarrollo en Java. El uso de IDEs (como IntelliJ IDEA o Eclipse) y la compilación mediante javac ayudan a detectar errores en tiempo de compilación. Herramientas de análisis estático (como SonarQube) también resultan útiles para mantener un código limpio y robusto.

8.2. Mi Primera Aplicación en Java: Ejemplo Paso a Paso

El tradicional «Hola Mundo» sigue siendo un excelente punto de partida para aprender la sintaxis básica.

public class HolaMundo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("¡Hola, mundo!");
    }
}

Pasos para compilar y ejecutar:

1. Guardar el código en un archivo llamado HolaMundo.java.
2. Compilar con:

$ javac HolaMundo.java

Ejecutar con:

$ java HolaMundo

8.3. Compilación sin IDE

Muchas veces es valioso saber compilar desde la línea de comandos. Esto se logra utilizando el compilador javac y posteriormente ejecutando el bytecode con java. Este enfoque es útil para la integración en scripts o entornos de servidor.

8.4. Ejemplos Avanzados: Concurrencia, Streams y Virtual Threads

Ejemplo con Streams:

import java.util.Arrays;

public class Stream {
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
        Arrays.stream(nums)
            .map(n -> n * n)
            .forEach(System.out::println);
    }
}

Ejemplo con Virtual Threads:

public class VirtualThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.startVirtualThread(() -> System.out.println("Ejecutando en un hilo virtual"));
    }
}

Estos ejemplos demuestran desde la sintaxis básica hasta el aprovechamiento de nuevas características para tareas concurrentes y procesamiento de datos.

9. Pruebas y Buenas Prácticas

9.1. Recomendaciones Generales para una Buena Programación

• Legibilidad: Usa nombres significativos para clases, métodos y variables.
• Modularidad: Separa la lógica en módulos o clases bien definidas.
• Comentarios y Documentación: Asegúrate de documentar el código y utilizar herramientas de documentación (como Javadoc).
• Revisión de Código: Realiza revisiones periódicas para identificar mejoras y posibles errores.

9.2. Pruebas Unitarias, TDD y Manejo de Excepciones

El desarrollo basado en pruebas (TDD) y el uso de marcos de pruebas como JUnit son prácticas recomendadas que garantizan la robustez del código.

Ejemplo de test unitario en JUnit 5:

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;
import org.junit.jupiter.api.Test;

public class CalculatorTest {
    @Test
    public void testSuma() {
        int resultado = Calculator.sumar(2, 3);
        assertEquals(5, resultado);
    }
}

Asimismo, un manejo adecuado de excepciones es esencial para prevenir caídas inesperadas de la aplicación. Utiliza bloques try-catch y registra errores mediante frameworks de logging.

9.3. Depuración, Optimización y Logging

• Depuración: Emplea los depuradores integrados en los IDEs para rastrear y corregir errores durante la ejecución.
• Optimización: Perfila la aplicación para identificar cuellos de botella y utiliza herramientas como VisualVM para análisis de rendimiento.
• Logging: Implementa bibliotecas como Log4j o SLF4J para registrar eventos, lo cual facilitará el monitoreo y diagnóstico en entornos productivos.

10. Resumen y Conclusiones

Java 21 consolida la trayectoria del lenguaje a través de innovaciones que mantienen su relevancia en el panorama moderno del desarrollo de software. Desde la introducción de Virtual Threads hasta mejoras en la sintaxis y el manejo de datos con Records y Sealed Classes, Java 21 demuestra un compromiso continuo con la eficiencia, la seguridad y la portátilidad. Además, la integración de prácticas de programación funcional y el soporte robusto para el diseño orientado a objetos aseguran que este lenguaje siga siendo una opción sólida para proyectos de cualquier escala.

No pretendo que sepas ni comprendas todo, sino que veas los ejemplos, leas y en futuros capitulos abordaremos todos los temas de este curso de Java SE 21,

11. Referencias y Enlaces Útiles

• Documentación Oficial de Oracle Java: https://docs.oracle.com/en/java/
• OpenJDK: https://openjdk.java.net/
• Guía de Estilo de Código Java (Oracle): https://www.oracle.com/java/technologies/javase/codeconventions-contents.html
• Comunidades y Foros (StackOverflow, GitHub): Recursos esenciales para resolver dudas y conocer las tendencias del desarrollo en Java.