Думайте о малом с J2ME. Платформа Java предлагает новые возможности для малых сетевых устройств

Soma Ghost (sghost@entigo.com)
Главный разработчик приложений, Entigo

Java 2 Platform, Micro Edition (J2ME) предлагает прекрасные средства для разработчиков, переносящих сетевое и платформно-независимое мировоззрение на ограниченные по памяти и мощности процессора устройства. Soma Ghost объясняет основы мира J2ME, показывая вам строительные блоки платформы и демонстрируя пример приложения.

Персональные и интеллектуальные устройства сегодня стали необходимостью нашей жизни. Эти устройства, среди которых сотовые телефоны, двунаправленные пейджеры, смарт-карты, персональные компьютерные записные книжки и палмтопы, имеют тенденцию быть специализированными, ограниченными по ресурсам сетевыми устройствами, а не теми настольными компьютерами универсального назначения, которые мы знали до настоящего времени. Специально для этого огромного потребительского сектора Java 2 Platform, Micro Edition (J2ME) предоставляет изобилие передовых технологий Java.

Развитие Java VM: От настольных компьютеров до микроустройств

Микроустройства, для которых предназначена J2ME, имеют 16-ти или 32-х разрядные микропроцессоры с минимальным полным объемом памяти равным примерно 128 Кб. Они соответствуют конфигурации Connected Limited Device Configuration (CLDC), сохраняя такие традиции Java, как переносимость кода в любое время и в любое место, гибкость размещения, безопасную работу в сети и устойчивость кода. Необходимой составляющей J2ME CDLC является облегченная JVM, называемая K Virtual Machine (KVM). KVM разработана для ограниченных по ресурсам сетевых устройств, имеющих небольшую память.

Другая конфигурация J2ME - Connected Device Configuration (CDC) предназначена для развитых потребительских электронных и встраиваемых устройств, таких как интеллектуальные коммуникаторы, современные "интеллектуальные" пейджеры, персональные цифровые помощники (PDA) и интерактивные цифровые телевизионные приставки. Обычно эти устройства работают на 32-х разрядном микропроцессоре/микроконтроллере и имеют более 2 Мб общей памяти для хранения виртуальной машины и библиотек. CDC содержит C Virtual Machine (CVM). В этой статье мы рассмотрим архитектуры CLDC и KVM. Дополнительная информация о CDC и CVM находится в разделе Ресурсы, расположенном ниже.

KVM адаптирован под особенности небольших устройств следующим образом:

Размеры VM и библиотек классов уменьшены до объема в 50-80 Кб объектного кода

• Объем используемой памяти уменьшен до десятков килобайт

• Производительность оптимизирована для устройств на 16-ти и 32-х разрядных процессорах

• Архитектура является переносимой, с небольшим количеством зависящего от аппаратуры и/или от платформы кода

• Многопоточность и сборка мусора является независимой от системы

• Компоненты виртуальной машины могут быть сконфигурированы для конкретных устройств, увеличивая таким образом гибкость

Архитектура и конфигурация J2ME

Архитектура J2ME основана на семействах и категориях устройств. Категория определяет конкретный тип устройства; сотовые телефоны, простые пейджеры и персональные организаторы являются разными категориями. Семейство устройств образуется группой категорий, имеющих сходные требования к объему памяти а мощности процессора. Все вместе сотовые телефоны, простые пейджеры и простые персональные организаторы образуют одно семейство малых отображающих устройств.

На рисунке 1 показана взаимосвязь между семействами и категориями устройств в контексте J2ME.

Рисунок 1. Семейства и категории устройств

Для того, чтобы поддержать гибкость и настраиваемость размещения, требуемые семейством ограниченных по ресурсам устройств, архитектура J2ME спроектирована модульной и масштабируемой. Эта модульность и масштабируемость определяется технологией J2ME в завершенной прикладной модели времени исполнения, имеющей четыре программных уровня, строящихся над операционной системой устройства.

На рисунке 2 показана архитектура J2ME.

Рисунок 2. Архитектура J2ME

• Уровень Java Virtual Machine: Этот уровень представляет собой реализацию виртуальной машины Java, которая адаптирована под операционную систему конкретного устройства и поддерживает конкретную конфигурацию J2ME.

• Уровень конфигурации: Уровень конфигурации определяет минимальный набор функций JVM и библиотек классов Java, доступных для определенной категории устройств. В некоторой степени конфигурация определяет общие свойства и особенности платформы Java и библиотек, которые в предположении разработчиков должны быть доступны для всех устройств, принадлежащих конкретной категории. Этот уровень менее видим для пользователей, но является очень важным для разработчиков профилей.

• Уровень профиля: Уровень профиля определяет минимальный набор API, доступный для конкретного семейства устройств. Профили создаются для конкретной конфигурации. Приложения создаются для конкретного профиля и являются, таким образом, переносимыми на любое устройство, поддерживающее этот профиль. Устройство может поддерживать несколько профилей. Этот уровень является наиболее видимым для пользователей и поставщиков приложений.

• Уровень MIDP: Уровень Mobile Information Device Profile (MIDP) представляет собой набор Java API, предназначенный для решения таких вопросов как пользовательский интерфейс, персистентное хранение и сетевые функции.

Уровни Java Virtual Machine, конфигурации и профиля вместе образуют Connected Limited Device Configuration (CDLC). Профиль MID и CDLC обеспечивают стандартную среду времени исполнения, позволяющую новым приложениям и службам динамически размещаться на пользовательских устройствах.

Программирование J2ME при помощи MIDP API: Строительные блоки

Комбинация CLDC и MIDP обеспечивает законченную среду для создания приложений для сотовых телефонов и простых двунаправленных пейджеров.

Ядром MIDP является мидлет-приложение. Это приложение расширяет класс MIDlet таким образом, чтобы управляющее приложением программное обеспечение могло управлять мидлетом, извлекать свойства из описателя размещения, информировать об изменениях состояния и вызывать их.

Все мидлеты расширяют класс MIDlet - интерфейс между средой времени исполнения (менеджер приложений) и кодом мидлет-приложения. Класс MIDlet обеспечивает API для запуска, остановки, перезапуска и завершения мидлет-приложения.

Управляющее приложением программное обеспечение может управлять активностью нескольких мидлетов в среде времени исполнения. Кроме того, мидлет может сам вызывать некоторые изменения состояния и информировать управляющее приложением программное обеспечение об этих изменениях.

Полный набор классов MIDP API может быть разделен на две категории:

• MIDP API для пользовательского интерфейса: Эти API разработаны так, что взаимодействие с пользователем основывается на последовательности экранов, каждый из которых предоставляет пользователю определенное количество информации. Команды предоставляются пользователю поэкранно. API дает возможность приложению определять, какой экран отображать следующим, какие вычисления выполнять и какие запросы передавать сетевой службе.

• MIDP API для управления базой данных: Эти API организуют и управляют базой данных устройства, которая содержит информацию, остающуюся персистентной между многочисленными вызовами мидлета.

CLDC API используется для управления строками, объектами и целыми числами. Также предоставляется подмножество Java 2 API для выполнения операций ввода/вывода и сетевых коммуникаций.

На рисунке 3 показаны строительные блоки J2ME.

Рисунок 3. Строительные блоки J2ME

Взаимосвязь между Java API Standard Edition и Java API Micro Edition показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Взаимосвязь между J2ME API и J2SE API

Обработка событий в J2ME

Обработка событий в J2ME в отличие от обработки событий в версии платформы Java для настольных компьютеров основывается на последовательности экранов. Каждый экран содержит определенное количество данных.

Команды предоставляются пользователю поэкранно. Объект Command инкапсулирует название и информацию, относящуюся к семантике действия. Объект Command используется главным образом для предоставления пользователю набора возможных действий. Дальнейшее поведение определяется в объекте CommandListener, связанном с экраном.

Каждый объект Command содержит три порции информации: метку, тип и приоритет. Метка используется для визуального представления команды; тип и приоритет используются системой для определения того, как объект Command отображается на конкретный пользовательский интерфейс.

На рисунке 5 показан механизм обработки событий в J2ME.

Рисунок 5. Обработка событий в J2ME

Разработка пользовательских интерфейсов

Хотя MIDP API поддерживает ограниченный профиль, он предоставляет полный набор элементов пользовательского интерфейса. Ниже перечислены основные из них:

• Alert действует как экран, информирующий пользователя об исключительной ситуации или об ошибке.

• Choice реализует набор из предопределенного числа возможностей выбора действий.

• ChoiceGroup предоставляет группу связанных возможностей выбора действий.

• Form выступает как контейнер для других элементов пользовательского интерфейса.

• List предоставляет список действий.

• StringItem действует как строка, предназначенная только для отображения.

• TextBox представляет собой экран, позволяющий пользователю вводить и редактировать текст.

• TextField позволяет пользователю вводить и редактировать текст. В Form можно разместить несколько TextField.

• DateField представляет собой редактируемый компонент для представления информации о дате и времени. DateField может быть расположен в Form.

• Ticker работает как прокручиваемый текст.

Полный список элементов пользовательского интерфейса доступен в документации по MIDP API, которая прилагается к J2ME Wireless Toolkit (для дополнительной информации см. раздел Ресурсы, расположенный ниже).

Управление базой данных устройства

MIDP предоставляет набор классов и интерфейсов для организации и управления базой данных устройства: RecordStore, RecordComparator и RecordFilter. RecordStore состоит из набора записей, остающихся персистентными между различными вызовами мидлета. Сравнение записей в RecordStore или извлечение набора записей из RecordStore обеспечивается интерфейсами RecordComparator и RecordFilter.

Разработка J2ME-приложений

В предыдущих разделах был дан обзор J2ME. В этом разделе мы познакомимся с практическими деталями платформы, разработав реальное приложение - интерфейс телефона.

Пример приложения: Телефонный календарь

Одной из замечательных возможностей в J2ME является возможность манипулирования датой в ограниченной по ресурсам среде. Элемент пользовательского интерфейса DateField, предлагаемый J2ME, представляет собой редактируемый компонент для представления календарной информации (то есть, даты и времени). В этом разделе мы разработаем J2ME-приложение, отображающее прокручиваемый календарь на сотовом телефоне, используя функции DateField и Date.

Приложение - телефонный календарь

// Импорт классов API
import javax.microedition.midlet.*;
import javax.microedition.lcdui.*;
import java.util.*;
//Первый мидлет с простым текстом и небольшим числом команд.
public class PhoneCalendar extends MIDlet
implements CommandListener, ItemStateListener {
//Команды
private Command exitCommand;
//Дисплей для этого мидлета
private Display display;
// Отображение элементов Form и DateField
Form displayForm;
DateField date;
public PhoneCalendar() {
display = Display.getDisplay(this);
exitCommand = new Command("Exit", Command.SCREEN, 1);
date = new DateField("Select to date", DateField.DATE);
}
// Запуск мидлета путем создания Form и
// связывания команды выхода и перехватчика.
public void startApp() {
displayForm = new Form("Quick Calendar");
displayForm.append(date);
displayForm.addCommand(exitCommand);
displayForm.setCommandListener(this);
displayForm.setItemStateListener(this);
display.setCurrent(displayForm);
}
public void itemStateChanged(Item item)
{
// Получить значения из измененного элемента
}
// Пауза является пустой операцией при отсутствии активности
// или при закрытой базе записей.
public void pauseApp() { }
// Операция Destroy должна очистить все, что не очистилось
// сборщиком мусора.
public void destroyApp (boolean unconditional) { }
// Ответ на команды. Здесь мы реализуем только
// команду выхода. В этой команде мы делаем очистку и
// информируем, что мидлет уничтожен.
public void commandAction (
Command c, Displayable s) {
if (c == exitCommand) {
destroyApp(false);
notifyDestroyed();
}
}
}

Мидлет PhoneCalendar, определенный выше, расширяет ItemListener и CommandListener. Это дает возможность мидлету проследить изменение элемента на экране и среагировать на команду пользователя. Пользовательский интерфейс начинается с определения экрана телефона и присоединения к нему объекта Form. Form выступает как контейнер и может содержать много элементов пользовательского интерфейса. Функция commandAction() работает как обработчик команд в J2ME и определяет действия, которые необходимо выполнить для конкретной команды.

Размещение J2ME

Вы можете загрузить эмулятор от Sun, позволяющий вам протестировать J2ME-приложения на настольном компьютере. Если вы избегаете этих графических излишеств, то вы можете разместить J2ME из командной строки.

Размещение в среде эмулятора

Размещение и выполнение J2ME-приложения в среде эмулятора включает этапы установки и конфигурирования эмулятора. J2ME Wireless Toolkit предоставляет среду эмулятора для разработки и размещения Java-приложений в ограниченные по ресурсам устройства. Вот последовательность необходимых действий:

1. Установите J2ME Wireless Toolkit (см. раздел Ресурсы). Программа установки подскажет вам все необходимые действия. Выберите режим standalone для запуска этих примеров. Выберите режим integrated, если вы хотите работать с IDE.

2. Создайте новый проект, используя пользовательский интерфейс KToolbar. Укажите имя класса.

3. Поместите класс, указанный на шаге 2, в каталог C:[J2ME Installation directory]apps[Project Name]src.

4. Откомпилируйте проект.

5. Выберите DefaultGrayPhone в качестве устройства по умолчанию в J2ME Wireless Toolkit->Default Device Selection.

6. Запустите проект.

Набор программ также позволяет предоставляет возможность спакетировать проект в jar-файл и jad-файл. Двойной щелчок на jad-файле разместит приложение, указанное в jar-файле.

Размещение из командной строки

Доступно также большое количество ключей командной строки.

1. Создайте файл классов:

   C:J2MEappsAppointmentPhoneCalendar>
   javac _ tmpclasses _ootclasspath
   C:J2MElibmidpapi.zip -classpath tmpclasses;
   classes src*.java
   
   

2. Создайте файл декларации - manifest.mf:

   MIDlet-1: AppointmentPhoneCalendar,
   AppointmentPhoneCalendar.png,
   AppointmentPhoneCalendar
   MIDlet-Name: AppointmentPhone Calendar MIDlet-Vendor: Sun Microsystems
   MIDlet-Version: 1.0
   MicroEdition-Configuration: CLDC-1.0
   MicroEdition-Profile: MIDP-1.0
   
   

3. Создайте jar-файл:

   C:J2MEappsAppointmentPhoneCalendar>jar cfm .bin
   AppointmentPhoneCalendar.jar
   manifest.mf -C classes . _ res .
   
   

4. Создайте jad-файл:

   MIDlet-1: AppointmentPhoneCalendar,
   AppointmentPhoneCalendar.png,
   AppointmentPhoneCalendar
   MIDlet-Jar-Size: 4490
   MIDlet-Jar-URL:
   F:J2MEappsAppointmentPhoneCalendarbin
   AppointmentPhoneCalendar.jar
   MIDlet-Name: AppointmentPhoneCalendar
   MIDlet-Vendor: Sun Microsystems
   MIDlet-Version: 1.0
   
   

5. Запустите jad-файл:

   C:J2MEbin> emulator -Xdescriptor:
   C:J2MEappsAppointmentPhoneCalendar
   binAppointmentPhoneCalendar.jad
   
   

Заключение

J2ME является значительным шагом вперед в беспроводной технологии по сравнению с существующими программными моделями в направлении к переносимой, предназначенной для сети виртуальной машины Java. Гибкость при разработке и размещении J2ME-приложений эффективно ответит на увеличивающиеся требования в беспроводном мире. Оставайтесь на связи!

Ресурсы

• Примите участие в дискуссионном форуме по этой статье, нажав ссылку Discuss.

• Оставайтесь на связи с миром беспроводных технологий в зоне developerWorks Wireless.

• Зона developerWorks Java technology держит вас в курсе последних событий в области Java.

• В этой статье обсуждается механизм для организации одноранговых отношений и разрешения взаимодействия всех беспроводных устройств.

• Проверяйте последние разработки на сайте IBM Pervasive Computing.

• Стройте Java-приложения при помощи Visual Age for Java от IBM.

Некоторая документация от Sun:

• Посетите домашнюю страницу, посвященную J2ME, для изучения основ J2ME.

• Прочитайте детальную информацию по архитектуре и конфигурациях J2ME (в формате PDF).

• Смотрите дополнительную информацию по J2ME.

• Прочтите о платформах Connected Limited Device Configuration и Connected Device Configuration.

• Посетите домашнюю страницу, посвященную MIDP, для изучения MIDP API.

• Загрузите J2ME Wireless Toolkit для запуска и тестирования ваших J2ME-приложений. Вы также можете просмотреть документацию по MIDP API, которая поставляется вместе с этим пакетом.

• Просмотрите набор статей по технологии Java Wireless.

Об авторе

Специалист по компьютерам Soma Ghosh за последние шесть лет разработала широкий спектр Java-приложений в области электронной коммерции и сетевых вычислений. Она считает, что ближайшим будущим данной отрасли является беспроводная коммерция, и недавно перешла от моделей настольных компьютеров к беспроводным технологиям. Она в настоящее время является старшим разработчиком приложений в Entigo - пионере в B2B-продуктах и решениях в области электронной коммерции. Адрес для контактов: sghost@entigo.com.