Der Java-Bauplan

Die JVM ist eine virtuelle (also simulierte) Maschine, die auf deinem echten Computer läuft und deinen übersetzten Java-Code (den Bytecode) Zeile für Zeile ausführt. Jedes Betriebssystem hat seine eigene JVM, aber der Bytecode, den sie ausführt, ist immer identisch. Das ist der Grund für Plattformunabhängigkeit — IHK-Prüfungsfrage-Klassiker.

Wenn du deinen .java-Quellcode kompilierst, entsteht keine fertige .exe-Datei wie bei C, sondern eine .class-Datei mit Bytecode: eine Zwischensprache, die kein Mensch direkt liest, aber jede JVM auf der Welt versteht. Bytecode ist der Grund, warum eine .class-Datei auf Windows, Mac und Linux ohne erneutes Kompilieren läuft.

JVM = führt Bytecode aus (der "Motor").
JRE (Java Runtime Environment) = JVM + Standardbibliotheken — reicht, um fertige Java-Programme auszuführen, aber nicht, um sie zu schreiben.
JDK (Java Development Kit) = JRE + Compiler (javac) + Entwickler-Werkzeuge — das brauchst du zum Programmieren.

Eselsbrücke: JDK ist wie eine komplette Küche (zum Kochen), JRE ist wie ein Mikrowellen-Fertiggericht-Aufwärmer (nur zum Ausführen fertiger Gerichte).

Ein Programm, das deinen für Menschen lesbaren Quellcode (.java) in eine andere Form übersetzt — bei Java in Bytecode (.class). Der Java-Compiler heißt javac und wird über die Kommandozeile oder automatisch von der IDE aufgerufen.

Java bringt alle 6 Monate eine neue Version heraus, aber nur bestimmte Versionen (z. B. 8, 11, 17, 21) sind LTS-Versionen, die jahrelang mit Sicherheitsupdates versorgt werden. Ausbildungsbetriebe und die IHK setzen fast immer auf LTS-Versionen, weil sie stabil und lange unterstützt sind.

Eine Umgebungsvariable ist ein benannter Wert, den das Betriebssystem für alle Programme bereithält — vergleichbar mit einem globalen Notizzettel des Systems. Programme können diese Werte auslesen, ohne dass der Nutzer sie jedes Mal neu eingeben muss.

JAVA_HOME zeigt auf den Installationsordner des JDK selbst (z. B. C:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk-21). Viele Programme wie Eclipse, Maven oder Gradle fragen gezielt nach JAVA_HOME, um zu wissen, welches JDK sie benutzen sollen — das ist in der IHK-Praxis besonders wichtig, wenn mehrere Java-Versionen parallel installiert sind.

PATH ist eine Liste von Ordnern, die das Betriebssystem automatisch durchsucht, wenn du in der Kommandozeile einen Befehl eingibst. Damit java und javac von überall aus aufgerufen werden können (nicht nur im Installationsordner), muss der bin-Unterordner des JDK im PATH eingetragen sein.

Eine integrierte Entwicklungsumgebung bündelt Code-Editor, Compiler-Anbindung, Debugger und Projektverwaltung in einer Anwendung. Eclipse ist eine der in deutschen Ausbildungsbetrieben am weitesten verbreiteten Java-IDEs neben IntelliJ IDEA.

Der Workspace ist der Ordner auf deiner Festplatte, in dem Eclipse alle deine Projekte, Einstellungen und Metadaten sammelt. Du kannst mehrere Workspaces haben (z. B. einen pro Ausbildungsjahr), aber Eclipse arbeitet immer nur mit einem gleichzeitig geöffneten Workspace.

Ein Package ist ein "Ordner" für Java-Klassen, der verwandte Klassen thematisch bündelt und Namenskonflikte vermeidet — vergleichbar mit Aktenordnern in unterschiedlichen Schubladen, sodass zwei Dokumente denselben Namen tragen dürfen, solange sie in unterschiedlichen Schubladen liegen. Für den Einstieg arbeiten wir zunächst im "Default Package".

Eine .exe-Datei enthält fertigen Maschinencode für genau ein Betriebssystem/eine Prozessorarchitektur. Eine .class-Datei enthält plattformunabhängigen Bytecode, den jede JVM lesen kann — egal auf welchem Betriebssystem sie läuft. Genau das ist der Kern der Plattformunabhängigkeit von Java.

Ein benannter Speicherplatz im Arbeitsspeicher (RAM), der einen Wert eines bestimmten Datentyps enthält und dessen Inhalt sich während der Programmlaufzeit ändern kann. Der Name identifiziert die Variable eindeutig innerhalb ihres Gültigkeitsbereichs (Scope).

Die Ankündigung einer neuen Variable gegenüber dem Compiler: Name und Datentyp werden festgelegt, z. B. int alter;. Ab diesem Zeitpunkt reserviert die JVM Speicherplatz in der passenden Größe für diese Variable, sie enthält aber noch keinen sinnvollen Wert.

Die erste Wertzuweisung an eine Variable, z. B. alter = 16;. Deklaration und Initialisierung lassen sich in einer Zeile kombinieren: int alter = 16;. Lokale Variablen in Methoden haben — anders als Attribute in Klassen — keinen automatischen Startwert und müssen vor der ersten Nutzung zwingend initialisiert werden, sonst meldet der Compiler einen Fehler.

Einer von 8 fest in Java eingebauten, elementaren Datentypen. Primitive Variablen speichern ihren Wert direkt im Stack-Speicher (nicht als Verweis) und haben eine feste, garantierte Speichergröße — unabhängig vom Betriebssystem, im Gegensatz z. B. zu C.

Implizites Casting (Widening): Eine "kleinere" Kiste passt automatisch in eine "größere" — Java wandelt selbstständig um, z. B. int → double, ohne Datenverlust.

Explizites Casting (Narrowing): Der umgekehrte Weg (große Kiste → kleine Kiste) kann Werte abschneiden und muss deshalb vom Programmierer ausdrücklich erzwungen werden, z. B. (int) 9.7 ergibt 9 — Nachkommastellen werden dabei abgeschnitten, nicht gerundet.

Variablen von Referenztypen (alle Klassen, also auch String, Arrays, eigene Objekte) speichern im Stack nicht den Wert selbst, sondern eine Referenz (Speicheradresse) auf ein Objekt im Heap-Speicher. Mehrere Variablen können auf dasselbe Objekt zeigen.

Java legt String-Literale (direkt im Code geschriebene Texte) in einem speziellen, wiederverwendbaren Speicherbereich ab, dem String-Pool. Zwei mit "..." geschriebene identische Texte zeigen deshalb oft auf dasselbe Objekt — bei new String("...") wird dagegen immer ein neues, separates Objekt auf dem Heap erzeugt.

null ist der spezielle Wert, der besagt: "Diese Referenzvariable zeigt aktuell auf kein Objekt." Nur Referenztypen können null sein — primitive Typen wie int niemals. Der Versuch, auf einem null-Objekt eine Methode aufzurufen, wirft zur Laufzeit eine NullPointerException.

Teilst du zwei int-Werte, liefert Java ein int-Ergebnis — Nachkommastellen fallen komplett weg (kein Runden): 7 / 2 ergibt 3, nicht 3.5. Soll das Ergebnis eine Kommazahl sein, muss mindestens einer der beiden Operanden ein double/float sein, z. B. 7.0 / 2.

Bei && und || wertet Java den zweiten Operanden nur aus, wenn er das Ergebnis noch beeinflussen kann: Bei false && irgendwas wird irgendwas gar nicht mehr geprüft, da das Gesamtergebnis schon feststeht. Das wird gezielt genutzt, um z. B. NullPointerExceptions zu vermeiden: objekt != null && objekt.methode().

Scanner ist eine Klasse aus dem Paket java.util, die Eingabequellen (z. B. die Tastatur über System.in) einliest und in nutzbare Datentypen zerlegt. Sie muss vor Gebrauch importiert werden: import java.util.Scanner;.

Eine import-Anweisung teilt dem Compiler mit, welche Klasse aus welchem Package du verwenden willst, damit du sie nicht jedes Mal mit ihrem vollen Namen (java.util.Scanner) ausschreiben musst. import-Zeilen stehen immer ganz oben in der Datei, vor der Klassendefinition.

Eine informelle, sprachunabhängige Notation zur Beschreibung von Algorithmen, die Programmierlogik (Verzweigungen, Schleifen, Ein-/Ausgabe) klar strukturiert, ohne sich an die genaue Syntax einer bestimmten Sprache zu halten. In der IHK-Prüfung wird Pseudocode oft alternativ zu einem Programmablaufplan (PAP) oder Struktogramm (Nassi-Shneiderman-Diagramm) verwendet, um Algorithmen zu beschreiben oder zu bewerten.

Eine genormte, grafische Darstellung eines Algorithmus mit festgelegten Symbolen nach DIN 66001: Rauten für Entscheidungen, Rechtecke für Verarbeitungsschritte, Parallelogramme für Ein-/Ausgabe, Pfeile für den Kontrollfluss. IHK-Prüfungen verlangen regelmäßig, einen PAP in Java-Code zu übersetzen oder umgekehrt.

Eine blockorientierte Alternative zum PAP: Der Algorithmus wird als verschachtelte Kästen dargestellt, ohne Pfeile — Reihenfolge ergibt sich rein aus der Anordnung von oben nach unten. Besonders gut geeignet, um Schleifen und Verzweigungen übersichtlich zu verschachteln.

Ein Ausdruck, der zu genau einem Wert vom Typ boolean ausgewertet wird — entweder true oder false. Anders als z. B. in C akzeptiert Java in einer if-Bedingung ausschließlich echte boolean-Werte, niemals Ganzzahlen wie 0 oder 1 als Ersatz.

Eine oder mehrere Anweisungen, die durch geschweifte Klammern { } zu einer logischen Einheit zusammengefasst werden. Bei genau einer Anweisung sind die Klammern optional, werden aus Lesbarkeits- und Fehlervermeidungsgründen in der Praxis aber fast immer trotzdem gesetzt.

Eine mögliche Sprungmarke innerhalb eines switch-Blocks, die mit einem konkreten, konstanten Wert verglichen wird (int, char, String, enum sind zulässig — keine Bereiche wie > 5).

Beendet den switch-Block sofort und springt hinter die schließende Klammer. Ohne break läuft die Ausführung in den nächsten case-Block weiter durch (Fallthrough) — selbst wenn dessen Bedingung gar nicht mehr geprüft wird!

Das (oft ungewollte) Durchfallen in den nächsten case-Block, weil das vorherige break fehlt. Manchmal wird das absichtlich genutzt, um mehrere case-Werte dieselbe Aktion ausführen zu lassen (mehrere case-Zeilen direkt untereinander, ohne break dazwischen).

Der Auffangzweig eines switch-Blocks, vergleichbar mit else bei if. Wird ausgeführt, wenn kein case-Wert passt. Konvention: default steht meist als letzter Zweig, kann syntaktisch aber an beliebiger Stelle stehen.

Die Kopfzeile einer for-Schleife besteht aus drei durch Semikolon getrennten Teilen: Initialisierung (einmalig vor der ersten Runde), Bedingung (vor jeder Runde geprüft — solange true, läuft die Schleife weiter) und Inkrement/Update (nach jeder Runde ausgeführt).

Eine Schleife, bei der die Anzahl der Durchläufe bereits vor dem Start feststeht oder berechenbar ist — der klassische Anwendungsfall für for. Im Gegensatz dazu eignen sich while/do-while besser, wenn die Anzahl der Durchläufe von einer sich während der Laufzeit ändernden Bedingung abhängt.

Die Bedingung wird vor jedem Schleifendurchlauf geprüft (while, for). Ist sie von Anfang an false, wird der Schleifenkörper kein einziges Mal ausgeführt.

Die Bedingung wird nach jedem Schleifendurchlauf geprüft (do-while). Der Schleifenkörper wird deshalb garantiert mindestens einmal ausgeführt — selbst wenn die Bedingung von Anfang an falsch ist.

Eine Schleife, deren Abbruchbedingung niemals false wird (z. B. weil die Zählvariable vergessen wurde zu erhöhen). Führt dazu, dass das Programm "hängt" und nicht mehr reagiert — ein häufiger, gezielt in Prüfungscode versteckter Fehler.

Beendet die gesamte umschließende Schleife sofort, unabhängig davon, ob die eigentliche Abbruchbedingung erfüllt ist. Die Ausführung springt direkt zur ersten Anweisung nach der Schleife.

Bricht nur den aktuellen Schleifendurchlauf ab und springt direkt zur nächsten Prüfung der Schleifenbedingung (bei for: erst wird noch das Inkrement ausgeführt). Der restliche Code im Schleifenkörper dieser Runde wird übersprungen.

Ein Bauplan (Blaupause), der beschreibt, welche Attribute (Zustand/Daten) und Methoden (Verhalten/Fähigkeiten) Objekte dieses Typs besitzen. Eine Klasse selbst belegt zur Laufzeit nur einmal Speicher (im Method Area der JVM) — sie ist der Plan, kein konkretes Ding.

Ein konkretes, zur Laufzeit im Heap-Speicher erzeugtes Exemplar einer Klasse mit eigenen, individuellen Attributwerten. Der Vorgang der Erzeugung heißt Instanziierung. Von einer Klasse können beliebig viele unabhängige Objekte existieren.

Eine Variable, die innerhalb einer Klasse, aber außerhalb jeder Methode deklariert wird und den Zustand eines Objekts beschreibt. Jedes Objekt besitzt seine eigene, unabhängige Kopie der Attributwerte.

Der Operator, der ein neues Objekt auf dem Heap erzeugt und dessen Konstruktor aufruft. Das Ergebnis ist eine Referenz auf das neue Objekt, die in einer Variablen gespeichert werden kann, z. B. Hund bello = new Hund();.

Ein benannter, wiederverwendbarer Codeblock innerhalb einer Klasse, der eine bestimmte Fähigkeit oder Berechnung kapselt. Methoden können Eingabewerte (Parameter) entgegennehmen und optional einen Wert zurückgeben.

Parameter ist der Platzhalter-Name in der Methodendefinition (z. B. String neuerName in void umbenennen(String neuerName)). Argument ist der konkrete Wert, der beim tatsächlichen Aufruf übergeben wird (z. B. bello.umbenennen("Fido") — hier ist "Fido" das Argument).

Name der Methode + Anzahl, Typ und Reihenfolge ihrer Parameter (der Rückgabetyp zählt NICHT zur Signatur). Zwei Methoden mit gleichem Namen müssen sich in ihrer Signatur unterscheiden — das ist die Grundlage für Method Overloading.

Mehrere Methoden mit demselben Namen, aber unterschiedlicher Parameterliste, innerhalb derselben Klasse. Der Compiler entscheidet anhand der übergebenen Argumente zur Kompilierzeit, welche Version aufgerufen wird — nicht zu verwechseln mit Overriding (Kapitel 4.5).

Eine spezielle, methodenähnliche Struktur, die beim new-Aufruf automatisch ausgeführt wird, um ein Objekt zu initialisieren. Ein Konstruktor trägt denselben Namen wie die Klasse und hat keinen Rückgabetyp — auch nicht void.

Definiert eine Klasse keinen eigenen Konstruktor, erzeugt der Compiler automatisch einen parameterlosen Standardkonstruktor, der alle Attribute mit ihren Default-Werten belässt. Sobald du irgendeinen eigenen Konstruktor schreibst, entfällt dieser automatische Standardkonstruktor ersatzlos.

Ein Schlüsselwort, das innerhalb einer Instanzmethode oder eines Konstruktors auf das aktuelle Objekt selbst verweist. Besonders wichtig, wenn ein Parametername identisch mit einem Attributnamen ist — this.name meint dann das Attribut, name allein meint den Parameter.

Eines der vier Grundprinzipien der OOP: Attribute werden vor direktem Zugriff von außen geschützt (meist private) und nur über kontrollierte, öffentliche Methoden (Getter/Setter) erreichbar gemacht. Ziel: Datenintegrität sichern, interne Umsetzung frei änderbar halten, ohne den Code anderer zu brechen.

private: nur innerhalb derselben Klasse sichtbar.
(package-private, kein Schlüsselwort): sichtbar innerhalb desselben Packages.
protected: sichtbar im Package + für Unterklassen (auch in anderen Packages).
public: von überall sichtbar.

Getter (z. B. getName()) liest ein privates Attribut kontrolliert aus. Setter (z. B. setName(String n)) schreibt es kontrolliert — und kann dabei Prüfungen (Validierung) einbauen, z. B. verhindern, dass ein Alter negativ wird.

Eine Klasse (Unterklasse/abgeleitete Klasse) übernimmt Attribute und Methoden einer anderen Klasse (Oberklasse/Basisklasse) mit dem Schlüsselwort extends und kann sie erweitern oder anpassen. Java erlaubt pro Klasse nur eine direkte Oberklasse (Einfachvererbung) — anders als bei Interfaces.

Verweist innerhalb einer Unterklasse auf die Oberklasse. super(...) ruft explizit den Konstruktor der Oberklasse auf (muss die erste Zeile im Unterklassen-Konstruktor sein), super.methode() ruft eine überschriebene Methode der Oberklasse gezielt auf.

Eine Unterklasse definiert eine Methode mit identischer Signatur wie in der Oberklasse neu, um das geerbte Verhalten zu ersetzen. Die Annotation @Override ist optional, aber dringend empfohlen — sie lässt den Compiler prüfen, ob wirklich eine passende Methode der Oberklasse existiert, und verhindert Tippfehler, die sonst versehentlich eine neue, eigenständige Methode erzeugen würden.

Die Fähigkeit, ein Objekt über den Typ seiner Oberklasse (oder eines Interfaces) anzusprechen, während zur Laufzeit automatisch die tatsächlich passende, überschriebene Methode der konkreten Unterklasse ausgeführt wird — genannt dynamische Bindung.

Eine mit abstract markierte Klasse, die nicht direkt instanziiert werden kann (new ist verboten). Sie dient als gemeinsame Basis für Unterklassen und kann sowohl fertig implementierte als auch abstrakte Methoden (ohne Methodenkörper) enthalten.

Eine Methode ohne Implementierung, nur mit Signatur und Semikolon statt geschweiften Klammern: abstract void fliegen();. Jede konkrete (nicht-abstrakte) Unterklasse muss diese Methode zwingend überschreiben, sonst meldet der Compiler einen Fehler.

Ein rein abstrakter Bauplan, der ausschließlich Methodensignaturen (und Konstanten) festlegt, aber keine eigene Implementierung und keinen Objektzustand besitzt. Eine Klasse verpflichtet sich mit implements, alle im Interface geforderten Methoden konkret umzusetzen.

Das Schlüsselwort, mit dem eine Klasse angibt, ein bestimmtes Interface zu erfüllen. Anders als bei extends (nur eine Oberklasse erlaubt) kann eine Klasse beliebig viele Interfaces gleichzeitig implementieren, getrennt durch Komma.

Abstrakte Klasse: kann Zustand (Attribute) und fertige Methoden besitzen, aber nur eine pro Klasse erbbar. Interface: klassisch zustandslos, rein vertraglich, aber eine Klasse kann mehrere Interfaces gleichzeitig implementieren. Seit Java 8 dürfen Interfaces zusätzlich default-Methoden mit fertigem Methodenkörper enthalten.

Eine Datenstruktur fester Länge, die mehrere Werte desselben Datentyps unter einem gemeinsamen Namen speichert. Arrays sind in Java Referenztypen und liegen auf dem Heap, selbst wenn sie primitive Werte wie int enthalten.

Die Position eines Elements im Array, beginnend bei 0 für das erste Element. Ein Array der Länge n hat gültige Indizes von 0 bis n-1. Der Zugriff auf einen ungültigen Index wirft zur Laufzeit eine ArrayIndexOutOfBoundsException.

Ein Attribut (kein Methodenaufruf, also ohne Klammern!) jedes Arrays, das seine feste Länge zurückgibt, z. B. zahlen.length. Häufig verwechselt mit .length() bei Strings, das eine echte Methode mit Klammern ist.

Eine Klasse aus java.util, die eine dynamisch wachsende Liste implementiert. Intern verwaltet sie selbst ein Array, das bei Bedarf automatisch vergrößert wird — für dich als Nutzer unsichtbar.

Spitze Klammern nach dem Typnamen, z. B. ArrayList<String>, legen fest, welchen Datentyp die Liste ausschließlich aufnehmen darf. Das verhindert Typfehler bereits zur Kompilierzeit, statt sie erst zur Laufzeit zu entdecken.

Generics funktionieren nur mit Referenztypen, nicht mit primitiven Typen — deshalb gibt es zu jedem primitiven Typ eine Wrapper-Klasse (int→Integer, double→Double, boolean→Boolean, …). Autoboxing ist die automatische Umwandlung zwischen primitivem Typ und Wrapper-Klasse durch den Compiler, z. B. bei ArrayList<Integer> liste; liste.add(5); wird die 5 automatisch zu einem Integer-Objekt "verpackt".

Ein Objekt, das einen Ausnahmefall zur Laufzeit repräsentiert — einen Fehler, der den normalen Programmablauf unterbricht (z. B. Division durch Null, ungültiger Array-Index). Wird eine Exception nicht abgefangen, bricht das Programm mit einem Stacktrace ab.

try: umschließt den riskanten Code. catch (ExceptionTyp e): fängt eine passende Exception ab und behandelt sie kontrolliert. finally: wird immer ausgeführt — egal ob eine Exception auftrat oder nicht, egal ob im try ein return stand — typisch verwendet, um Ressourcen wie Dateien oder einen Scanner sicher zu schließen.

Checked Exceptions (z. B. IOException) muss der Compiler zwingend entweder abgefangen oder mit throws weitergereicht sehen — sonst Kompilierfehler. Unchecked Exceptions (Unterklassen von RuntimeException, z. B. NullPointerException, ArithmeticException) müssen syntaktisch nicht behandelt werden, sollten aber durch guten Code von vornherein vermieden werden.

throw (im Methodenkörper) löst tatsächlich eine konkrete Exception aus: throw new IllegalArgumentException("ungültig");. throws (in der Methodensignatur) kündigt nur an, dass diese Methode eine bestimmte Checked Exception weiterreichen könnte, ohne sie selbst zu behandeln: void lesen() throws IOException.

Last In, First Out: Das zuletzt hinzugefügte Element wird als erstes wieder entfernt. Java bietet dies über die Klasse Stack oder — moderner empfohlen — über Deque mit push()/pop().

First In, First Out: Das zuerst hinzugefügte Element wird als erstes wieder entfernt — über das Interface Queue mit offer() (einreihen) und poll() (bedienen).

Eine Schlüssel-Wert-Datenstruktur (Key→Value) aus java.util, die den Zugriff über einen eindeutigen Schlüssel statt über einen numerischen Index erlaubt und intern über sogenanntes Hashing sehr schnellen Zugriff ermöglicht. Schlüssel sind eindeutig — eine erneute put()-Zuweisung mit demselben Key überschreibt den alten Wert.

Eine fest im Code verstreute Zahl ohne erklärenden Namen, deren Bedeutung sich nicht selbst erschließt, z. B. if (versuch > 3). Besser: als benannte Konstante auslagern, static final int MAX_VERSUCHE = 3; — dann versteht jeder sofort, wofür die 3 steht, und sie muss bei Änderung nur an einer Stelle angepasst werden.

Wiederholter Code sollte in eine eigene Methode oder Klasse ausgelagert werden, statt ihn mehrfach zu kopieren. Reduziert Fehlerquellen, da eine Korrektur nur an einer Stelle nötig ist.

Eine Methode oder Klasse sollte genau eine klar abgegrenzte Aufgabe erfüllen und diese gut, statt viele verschiedene Aufgaben schlecht zu vermischen. Erleichtert Testen, Verstehen und Wiederverwenden.