Java 2 Micro Edition

1. Trainingsunterlage Java 2 Micro Edition Programmierung mit MIDP 1.0 und MIDP 2.0

2. Programmierung mit Java • 1 : Übersicht über Architektur und Releases • 2 : Java 2 Micro Edition • 3 : Connected Limited Device Configuration • 4 : Mobile Information Device Profile • 5 : Wireless Toolkit • 6 : Ausblick - MIDP 2.0 und weiter

3. Java Architektur und Releases • 1.0 : Einführung • 1.1 : Laufzeitumgebung • 1.2 : Spezifikationen für Anwendungen (API) • 1.3 : Releases

4. Eine objektorientierte Sprache. Ein kommunaler Prozess zur Spezifikation objektorientierter Modelle, zur Entwicklung von Konzepten und technologischer Lösungen für alle für die Entwicklung von Software interessanten Bereiche (der Java-Baukasten). Ein Baukasten für Entwickler (Spezifikationen für Application Program Interfaces, Bibliotheken, Quelltexte, Beispiele, Referenzimplementierungen) Eine Software-Umgebung für portable Anwendungen (virtuelle Maschine, ladbarere Bytecode, Absicherung der Systeme durch Beschränkungen der Rechte der Anwendungen) Was ist Java?

5. Die Java Architektur Java Applications and Applets Java API + Libraries Java Plattform Java Virtual Machine System Plattform Operating Sytem Hardware Drivers Hardware

6. Spezifikation von Objektklassen, Methoden und Attributen Nach Anwendungspaketen geordnet, wie z.B. graphische Benutzerschnittstellen (z.B. Swing) Kommunikation über Netze Verwendung von Datenbanken (z.B. JDBC) verteilte Anwendungen (z.B. RMI, JINI) Verarbeitung von Medien (z.B. Java Media Framework) Intranet, Internet, Software-Integration in Unternehmen, mobile Endgeräte, TV, Chip-Karten, ... Was ist eine Programmierschnittstelle (API)?

7. API-Spezifikation als HTML-Framesets (1)

8. API-Spezifikation als HTML-Framesets (2)

9. Offene Organisation von Java Entwicklern und Lizenznehmnern weltweit Ziel: Entwicklung und Weiterentwicklung technischer Spezifikationen, Referenzimplementierungen, sowie Tools und Testspezifikationen für die Kompatibiltität von Java Technologien Von SUN Microsystems 1995 initiiert und inzwischen eine eigenständige Organisation, siehe www.jcp.org Hauptprodukt für Entwickler: Java Specification Requests (JSRs), z.B. JSR-82 für künftige Bluetooth APIs oder JSR-118 über die Programmierung mobiler Telefone (MIDP, mobile independent device profile) Java Community Process

10. Das geeignete Java Release: für Desktop Anwendungen die Standard Edition für Mobiltelefone und Consumer-Elektronik die Micro Edition für Anwendungen in Unternehmen die Enterprise Edition Laufzeitumgebung (Virtual Machine, Compiler, Bibliotheken, Referenzimplementierung, ...) Entwicklungs-Toolkit (Integrierte Tools, Emulatoren, gerätespezifische Tools) Dokumentation (API-Spezifikationen, ...) Was benötigt man für die Anwendungsentwicklung?

11. Java Releases Workstation Network Computer Communicator Server Mobile phone PC, Notebook Set-Top Box PDA Java 2 Enterprise Edition Point of Sales Screenphone Java 2 Standards Edition Smartcard CDC CLDC Java 2 Micro Edition Java Programming Language Hot Spot JVM KVM Card VM Physical memory: Processor: 10 MB 64 Bit 1 MB 32 Bit 512 kB 32 Bit 32 kB 16 Bit 8 Bit

12. Zweck der Java Releases ist die Ordnung der mit der Zeit stark gewachsenen APIs nach Anwendungsgruppen. Die Java Standard Edition beinhaltet alles, was zur Entwickung von Client-Anwendungen benötigt wird. Zielsysteme für J2SE sind vorwiegend Desktop-Systeme bzw. mobile Computer und Netzcomputer. J2SE entspricht weitgehend dem Funktionsumfang des Development Kits JDK 1.2 (ca. 1500 Klassen in 1999) und enthält ausserdem die Laufzeitumgebung (JRE). Inzwischen stehen mit JSE 1.4 zusätzliche Funktionen bereit, wie z.B. die HotSpot Virtual Machine und APIs zur Verarbeitung von XML Dokumenten. Was ist die Standard Edition (J2SE)?

13. Ein Konzept zur Realisierung und Integration von Anwendungen im Web und in Unternehmen. Alle dazu benötigten Komponenten, die über den Bedarf der Standard Edition hinausgehen, sind in der Enterprise Edition enthalten. Die Architektur unterscheidet folgende Schichten: Client für Präsentation und Benutzerschnittstellen z.B. in einem Browser (Applet Container), bzw. in einer Client-Anwendung (Application Client Container) Server im Web bzw. im Unternehmen (Web-Container bzw. Enterprise Java Beans Container) Datenverwaltung (Datenbank) Was ist die Enterprise Edition (J2EE)?

14. JMS JMS JNDI JNDI JTA JTA JMS J-Mail J-Mail JNDI JAF JAF RMI RMI RMI JDBC JDBC JDBC J2EE Architektur und Komponenten Applet Container HTTP Applet Web Container EJB Container JSP Page J2SE Enterprise Bean HTTP Servlet Client Application Container Database Client Application J2SE J2SE RMI-IIOP J2SE

15. J2EE beinhaltet die J2SE und bietet weitere Funkionen. Zu den zusätzlichen Funktionen gehören: Servlets (Server-seitige Anwendungen für Web-Server) und die Server-seitige Unterstützung von Java Server Pages (zur Erzeugung dynamischer Web-Seiten) Server-Applikationen mit Hilfe von Enterprise Java Beans. Der Anwendungsentwickler konzentriert sich dabei auf seine Anwendung. Infrastrukturaufgaben (wie z.B. die Behandlung von Transaktionen und die Behandlung persistenter Daten) übernimmt der EJB-Container. CORBA und Transaktionsdienste Erläuterungen zu J2EE (1)

16. Zur J2EE gehören: die Spezifikationen die Referenzimplementierung von SUN Microsystems die Test-Suite zur Kompatibilität von J2EE Technologien Design Richtlinien für Anwendungen Server für die J2EE Technologie werden von Technologiepartnern realisiert und angeboten. Die Funktion der in der Abbildung aufgeführten Komponenten werden in einem separaten Teil des Trainings erläutert. Erläuterungen zu J2EE (2)

17. Programmierung mit Java • 1 : Übersicht über Architektur und Releases • 2 : Java 2 Micro Edition • 3 : Connected Limited Device Configuration • 4 : Mobile Information Device Profile • 5 : Wireless Toolkit • 6 : Ausblick MIDP 2.0 und weiter

18. Java 2 Mirco Edition • 2.0 : Übersicht • 2.1 : Zielsysteme • 2.2 : Aufbau von J2ME • 2.3 : Funktionsumfang von CDC und CLDC • 2.4 : MIDP 1.0

19. Eine kleine virtuelle Maschine KVM (benötigt nur ca. 100 kBytes Arbeitsspeicher) Prä-verifizierter Bytecode zur Entlastung des Zielsystems Konfigurationen (Systemeigenschaften): CDC (Connected Device Profile): 32/64 Bit-Prozessor, 2MB CLDC (Connected Limited Device): 16 Bit Prozessor, 256 kB Profile (Gebrauchsmuster für Anwendungen): MIDP (Mobile Interconnected Device Profile) für CLDC: z.B. Mobiltelefon mit kleinem Display und Telefon-Tastatur Wireless Toolkit für die Entwickung und Tests von MIDlets Was ist die Java Micro Edition (J2ME)?

20. Zielsysteme für J2ME (1)

21. Mobiltelefone derzeit basierend auf CLDC und MIDP 1.0 im Handel für Spiele und Web-Clients Digitale Set-Top-Boxen (MHP) unidirektionale Netzanbindung Java Media Framework CDC nicht wörtlich umgesetzt Embedded Systems erste Bluetooth basierende Implementierungen nach dem JSR-82 verfügbar Zielsysteme für J2ME (2)

22. Der Aufbau von J2ME (1) Mobiltelefone Midlet Foundation Profile MIDP CDC CLDC JVM KVM Java 2 Micro Edition

23. CLDC verwendet eine kleinere VM (KVM) Speicherbedarf min. 160 kBytes (96 kB für KVM, 32 kB Heap, 32 kB CLDC Klassenbibliotheken) MIDP ergänzt den Funktionsumfang des CLDC Speicherbedarf für MIDP 1.0 zusätzlich min. 168 kB (128 kB für MIDP Klassenbibliotheken, 32 kB Heap, 8kB für persistente Daten) gleicher Compiler wie bei J2SE, jedoch andere Basis-bibliotheken gegenüber der J2SE fängt J2ME wiederum klein an (als erweitertes Subset des J2SE) Der Aufbau von J2ME (2)

24. Funktionsumfang von J2ME J2SE (Standard Edition) J2ME CDC J2ME CLDC Funktionen ausserhalb des java.* Namens-raumes CDC: Connected Device Configuration CLDC: Connected Limited Device Configuration

25. keine Floating Point Datentypen und Operationen keine Native Interfaces (zu anderen Programmen) keine Beeinflussung des Class Loaders möglich keine Reflexion (Sichtbarkeit von System-eigenschaften zur Laufzeit wie Objekte, Threads etc), dadurch auch keine Remote Method Invocation eingeschränkte Unterprozesse (keine Tread-Gruppen und Demon Threads) Einschränkungen beim CLDC gegenüber J2SE (1)

26. keine finalisation() Methode und keine schwachen Referenzen (Objekte, die der Garbage Collector bei Bedarf abräumen darf) Verlagerung des Aufwandes für die Klassen-verifizierung auf das Entwicklungssystem als Prä-verifizierung. Vereinfachte Verifizierung auf dem Zielsystem auf Basis von Attributen im Bytecode. Einschränkungen beim CLDC gegenüber J2SE (2)

27. MIDP User Interface: Benutzerführung an Bildschirm und Tastatur MIDP Record Management System: Haltung persistenter Daten MIDP Network Libraries: Herstellung von Verbindungen über das Netz basierend auf dem CLDC Generic Connection Framework Einige systemspezifische Funktionen wie z.B. die Verwendung von Timern Die Komponenten des MIDP 1.0

28. Programmierung mit Java • 1 : Übersicht über Architektur und Releases • 2 : Java 2 Micro Edition • 3 : Connected Limited Device Configuration • 4 : Mobile Information Device Profile • 5 : Wireless Toolkit • 6 : Ausblick - MIDP 2.0 und weiter

29. Connected Limited Device Configuration • 3.0 : Übersicht • 3.1 : Sicherheitskonzept • 3.2 : Das Generic Connection Framework

30. Connected Limited Device Configuration Midlet Propr. System- spezifische Anwendungen Propr. MIDP CLDC KVM Betriebssystem Mobiltelefon

31. Verwendet eine erweiterte Untermenge des J2SE: java.io: Eingabe und Ausgabe durch Datenströme java.lang: Basisklassen java.util: Utilities für Zeit, Kalender usw. neues Paket javax.microedition.io für Verbindungen mit der Aussenwelt Dadurch völlig neues und vereinfachtes Konzept für unterschiedliche Typen von Verbindungen zur Kommunikation: das Generic Connection Framework Laden fremder Anwendungen erfordert verschärftes Sicherheitskonzept gegenüber J2SE. Die Komponenten des CLDC

32. Sicherheitskonzept (1) • vorgegebener Namensraum • Verifizierung des Bytecodes • Virtuelle Maschine • Gesicherte Kommunikations-schnittstellen • Voneinander isolierte Daten und Anwendungen

33. Virtuelle Maschine: Schutz des Systems vor unberechtigtem Zugriff und Laufzeitfehlern Verifizierung des Bytecodes: gültige Datentypen, Instruktionen und gültiger Adressraum Vorgegebener Namensraum durch fixierten Class-Loader und vorgegebene Bibliotheken Zugriff auf Kommunikationsschnittstellen nur mit Einverständnis des Benutzers (Dialog) Midlets (Midlet-Suites) laufen in einer Anwendungs-umgebung und können nicht miteinander kommuni-zieren oder auf Daten anderer Midlets zugreifen. Sicherheitskonzept (2)

34. Unabhängig von ihrem Typ werden Verbindungen generell nach folgendem Schema hergestellt: Connector.open("<Protokoll>:<Adresse>;<Parameter>"); Konkrete Beispiele hierfür wären: Connector.open(“http://www.netads.de"); HTTP-Verbindung Connector.open("socket://162.234.100.200:8090"); Socket-Verbindung Connector.open("comm:0;baudrate=9600"); Serieller Port Connector.open("file:/hiScore.dat"); Datei Generic Connection Framework (1)

35. Klassenhierarchie des CLDC GCF Connection StreamConnectionNotifier InputConnection StreamConnection OutputConnection ContentConnection DatagramConnection

36. CLDC liefert mit dem Interface Connection und seiner Basisklasse Connector den Rahmen. Unterstützte Protokolle werden im jeweiligen Profil spezifiziert, z.B. HTTP bei MIDP 1.0. Zuordung eines Kommunikationsprotokolles erfolgt dynamisch zur Laufzeit. Abstraktion unterschiedlicher Verbindungsarten: eingehende Verbindung bzw. abgehende Verbindung mit kontinuierlichem Datenstrom, Quelle bzw. Senke der Daten in einer Datei, Datagramm. Generic Connection Framework (2)

37. Aus der Klassenhierarchie des GCF: InputConnection: serieller Eingang OutputConnection: serieller Ausgang DatagramConnection: einzelnes Paket Eingehende bzw. abgehende Datenströme: StreamConnection: kontinuierlicher Datenstrom ContentConnection: Datei als Quelle oder Senke Benachrichtigung für Server bei eingehendem Verkehr: StreamConnectionNotifier Generic Connection Framework (3)

38. Programmierung mit Java • 1 : Übersicht über Architektur und Releases • 2 : Java 2 Micro Edition • 3 : Connected Limited Device Configuration • 4 : Mobile Information Device Profile • 5 : Wireless Toolkit • 6 : Ausblick - MIDP 2.0 und weiter

39. Mobile Information Device Profile • 4.0 : Einführung • 4.2 : Midlets laden und starten • 4.3 : Produktionsprozess für Midlets • 4.4 : Midlet Record Store • 4.5 : Midlet User Interface • 4.6 : Midlet Kommunikationsschnittstelle

40. Midlets benehmen sich wie Applets (1) Web-Server Client Midlet Suite Servlet Application Logic HTTP Appli-cation Midlet Container/ OS Content Web Container load application (Midlet Suite) Download Server

41. Kommunikation über HTTP (bei MIDP 1.0 einziger standardisierter Verbindungstyp) Laufen in einer speziellen Umgebung (Applikations-manager startet, stoppt und löscht Midlets) Werden über eine URL von einem Server geladen bleiben jedoch nach Installation im System erhalten statt Browser (WML, iMode) auch mit URL per SMS Einverständnis des Benutzers wird vor dem Laden per Dialog abgefragt. Dabei werden dem Benutzer die wichtigsten Eigenschaften des Midlets angezeigt. Midlets benehmen sich wie Applets (2)

42. Midlets laden und starten WML-Link klicken JAD Datei Browser lädt JAD Programm installieren? Ok. JAR Datei Midlet Suite Browser lädt JAR Programm wird installiert Laden erfolgt in zwei Stufen: • Beschreibung laden und anzeigen • Laden und Installation nach Einverständis des Benutzers Midlet lässt sich vom Benutzer starten

43. Zustandsdiagramm eines gestarteten Midlets (1) new myWorld() pauseApp Paused Active startApp destroyApp destroyApp Destroyed

44. Die Midlet Maschine (Applikationsmodell): Jedes Midlet muss vorgegebene Klassen implementieren, mit Hilfe derer die Anwendungsumgebung die Zustände des Midlets verwaltet. In einer Midlet-Suite gruppierte Midlets können miteinander kommunizieren. Eine Midlet-Suite erhält einen eigenen persistenten Speicher (Record Store). Das Zustandsdiagramm kennt die Zustände „actice“, „paused“ (Wartezustand), und „destroyed“ (beendet und aus dem Heap gelöscht), zwischen denen durch die vorgegebenen Methoden geschaltet werden kann. Zustandsdiagramm eines gestarteten Midlets (2)

45. Erstellung von Midlets (1) Entwicklungs-system Java Quellcode Download JAD? MyWorld.java Compiler JAD Datei Java Bytecode Download JAR? MyWorld.class Preverifyer JAR Datei MyWorld.jad Java Bytecode JAD Datei MyWorld.class Runtime Verifyer Resources manifest jar -m MyWorld.jad, MyWorld.class archive Interpreter (KVM) JAR Datei MyWorldSuite.jar Zielsystem

46. Sourcecode lässt sich mit regulärem Compiler in Bytecode übersetzen präverifizierter Bytecode ist ebenfalls kompatibel zu J2SE (regulärer Verifizierer ignoriert zusätzl. Attribute) Midlet-Suite wird in ein Java-Archiv gepackt (JAR), das alle für die Anwendung benötigten Midlets und Resourcen enthält Manifest enthält Informationen über den Inhalt der Midlet-Suite (wie JAD-Datei) MIDP-Paket: javax.microedition.midlet Erstellung von Midlets (2)

47. Basierend auf Datensätzen (Records) nach dem Prinzip eines Bandgerätes (anhängen, überschreiben an einer vorgegebenen Stelle) Der Record Store repräsentiert die logische Sicht der API, die Implementierung ist herstellerspezifisch. Record Stores sind persistent, z.B. für die Speicherung von Spielständen. Record Stores einzelner Midlet-Suites sind voneinander isoliert (getrennte Namensräume). MIDP-Paket: javax.microedition.rms MIDP Persistent Libraries (Record Store)

48. Struktur des MIDP Record Stores Midlet_Suite_1 Record Store RecordId 1 RecordId 5 Midlet2 Midlet1 RecordId 3 Midlet_Suite_2 Midlet1 Midlet2

49. Minimalanforderungen: 96x54 Bildpunkte monochrom Telefontastatur Eine ggf. umfangreichere Ausstattung verwaltet die MIDP-Implementierung des Herstellers (z.B. vertikales Scrollen, spezielle Tasten für Key-Events) Prinzip: Abstraktion von Display (anzeigbare Komponenten) und Tastatur (Ereignisse) MIDP-Paket: javax.microedition.lcdui Die grafische Benutzeroberfläche des MIDP (1)

50. Die grafische Benutzeroberfläche des MIDP (2) Display Alert List Screen (High Level UI) TextBox StringItem 0..1 Form ImageItem Displayable 0..n TextField Item DateField Canvas (Low Level UI) Gauge ChoiceGroup