Der komplette Guide: Wie Sie erfolgreich Java 21 auf dem Raspberry Pi 4 installieren

Willkommen zu diesem umfassenden Guide, der Ihnen Schritt für Schritt zeigt, wie Sie Java 21, die neueste Long-Term Support (LTS) Version, erfolgreich auf Ihrem Raspberry Pi 4 installieren. Der Raspberry Pi 4, bekannt für seine Vielseitigkeit und Kompaktheit, ist in den letzten Jahren zu einem leistungsstarken Mini-Computer herangereift, der sich hervorragend für IoT-Projekte, Heimautomatisierung, kleine Serveranwendungen oder sogar als kostengünstige Entwicklungsumgebung eignet. Und was wäre besser, um diese Projekte zum Leben zu erwecken, als die robuste und weit verbreitete Java-Plattform?

Java 21 bringt eine Fülle von Verbesserungen, neuen Features und Optimierungen mit sich, die Ihre Anwendungen effizienter und leistungsfähiger machen. Die Kombination aus der Energieeffizienz des Raspberry Pi und der Performance von Java 21 eröffnet Ihnen unzählige Möglichkeiten. Ob Sie ein erfahrener Entwickler sind oder gerade erst in die Welt des Raspberry Pi und Java eintauchen – dieser Guide ist für Sie gemacht. Lehnen Sie sich zurück, folgen Sie den Anweisungen und bereiten Sie Ihren Raspberry Pi für die Java-Zukunft vor!

Warum Java 21 auf dem Raspberry Pi 4?

Der Raspberry Pi 4 hat sich mit seinem leistungsstarken Prozessor (bis zu 1,8 GHz im Pi 400), der optionalen 8 GB RAM und der verbesserten Konnektivität (Dual-Band Wi-Fi, Gigabit Ethernet, USB 3.0) zu einem ernstzunehmenden Kandidaten für verschiedene Rechenaufgaben entwickelt. Gleichzeitig bietet Java eine plattformunabhängige, sichere und hoch skalierbare Umgebung für die Softwareentwicklung.

Die Kombination dieser beiden Technologien ist besonders attraktiv für:

• IoT-Anwendungen: Steuern Sie Sensoren, Aktoren und andere Geräte über Java-Code, der direkt auf dem Pi läuft.
• Heimautomatisierung: Erstellen Sie einen zentralen Hub für Ihr Smart Home.
• Leichte Server: Hosten Sie kleine Webanwendungen oder APIs direkt auf dem Pi.
• Bildung und Prototyping: Eine kostengünstige und zugängliche Plattform zum Lernen und Experimentieren mit Java.

Java 21 ist eine LTS-Version, was bedeutet, dass sie über einen längeren Zeitraum mit Updates und Support versorgt wird. Dies gewährleistet Stabilität und Zuverlässigkeit für Ihre Projekte und bietet gleichzeitig moderne Sprachfunktionen, die die Produktivität steigern und die Codequalität verbessern.

Voraussetzungen: Was Sie benötigen

Bevor wir mit der Installation beginnen, stellen Sie sicher, dass Sie die folgenden Dinge bereithalten:

• Raspberry Pi 4: Jedes Modell ist geeignet, aber für eine optimale Leistung, besonders bei rechenintensiven Java-Anwendungen, empfehlen wir Modelle mit mindestens 4 GB oder 8 GB RAM.
• Netzteil: Ein offizielles Raspberry Pi 4 Netzteil oder ein hochwertiges USB-C-Netzteil mit 5V und mindestens 3A (für 8GB-Modelle 5.1V, 3A).
• microSD-Karte: Mindestens 16 GB, Klasse 10 oder höher, vorzugsweise eine A2-zertifizierte Karte für bessere App-Performance.
• Betriebssystem: Raspberry Pi OS (64-Bit) wird dringend empfohlen. Java 21 ist für 64-Bit-Architekturen optimiert und läuft auf einem 64-Bit-OS deutlich effizienter. Wenn Sie noch eine 32-Bit-Version verwenden, sollten Sie ein Upgrade oder eine Neuinstallation in Betracht ziehen.
• Internetzugang: Für Downloads und Updates.
• Grundlegende Linux-Kommandozeilenkenntnisse: Wir werden das Terminal intensiv nutzen.

Schritt 1: System vorbereiten und Architektur prüfen

Der erste Schritt bei jeder Installation auf einem Linux-System ist das Aktualisieren der Paketlisten und der bereits installierten Pakete. Dies stellt sicher, dass Ihr System auf dem neuesten Stand ist und potenzielle Kompatibilitätsprobleme vermieden werden.

1. Terminal öffnen: Starten Sie ein Terminalfenster auf Ihrem Raspberry Pi oder stellen Sie eine SSH-Verbindung her.
2. System aktualisieren: Führen Sie die folgenden Befehle aus:

   sudo apt update
   sudo apt upgrade -y

   Der Befehl sudo apt update aktualisiert die Liste der verfügbaren Pakete in den Repositories. sudo apt upgrade -y aktualisiert alle installierten Pakete auf die neuesten Versionen, wobei das -y die Bestätigungsabfrage automatisch mit „Ja” beantwortet.

3. Architektur prüfen: Überprüfen Sie, ob Ihr Raspberry Pi OS in der 64-Bit-Version läuft. Dies ist entscheidend, um die richtige Java-Distribution herunterzuladen.

   uname -m

   Die Ausgabe sollte aarch64 sein. Wenn die Ausgabe armv7l oder Ähnliches ist, verwenden Sie eine 32-Bit-Version von Raspberry Pi OS. Obwohl Java 21 auch auf 32-Bit laufen kann, ist die 64-Bit-Version (ARM64 oder AArch64) die empfohlene Wahl für optimale Leistung und Kompatibilität mit modernen Java-Features. Eine Neuinstallation des 64-Bit-OS von der offiziellen Raspberry Pi Website ist in diesem Fall ratsam.

Schritt 2: Die richtige Java-Distribution wählen

Es gibt verschiedene Anbieter von Java Development Kits (JDKs). Die gängigsten sind OpenJDK-Distributionen und das proprietäre Oracle JDK. Für die meisten Anwendungen auf dem Raspberry Pi und aufgrund der Lizenzierung ist eine OpenJDK-Distribution die bevorzugte Wahl.

Wir empfehlen insbesondere Eclipse Temurin (früher bekannt als AdoptOpenJDK). Temurin ist eine produktionsreife, quelloffene Distribution von OpenJDK, die von der Eclipse Foundation verwaltet wird. Sie bietet stabile Builds für eine Vielzahl von Plattformen, einschließlich ARM64 Linux, was perfekt für den Raspberry Pi 4 ist.

Andere beliebte OpenJDK-Distributionen sind Azul Zulu, Amazon Corretto oder Microsoft Build of OpenJDK. Für diesen Guide konzentrieren wir uns auf Temurin aufgrund seiner Beliebtheit und einfachen Verfügbarkeit.

Schritt 3: Java 21 installieren – Die Methoden

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Installation von Java 21 auf Ihrem Raspberry Pi 4: Über den Paketmanager APT oder durch manuelles Herunterladen und Konfigurieren eines tar.gz-Archivs.

Methode A: Installation über APT (Empfohlen, falls verfügbar und aktuell)

Die Installation über den Paketmanager apt ist die einfachste und oft bevorzugte Methode, da sie Updates und Abhängigkeiten automatisch verwaltet. Allerdings ist die neueste LTS-Version von Java nicht immer sofort in den Standard-Repositories von Raspberry Pi OS verfügbar. Es lohnt sich jedoch, zuerst danach zu suchen.

1. Nach Java 21 Paketen suchen:

   apt search openjdk-21-jdk

   Dieser Befehl listet alle verfügbaren Pakete auf, die mit openjdk-21-jdk übereinstimmen. Wenn Sie ein Paket wie openjdk-21-jdk/stable oder openjdk-21-jdk-headless sehen, ist Java 21 über apt verfügbar.

2. Java 21 installieren:

   sudo apt install openjdk-21-jdk -y

   Dieser Befehl lädt das JDK-Paket und seine Abhängigkeiten herunter und installiert sie. Dies ist der unkomplizierteste Weg, da apt die Installation in die richtigen Verzeichnisse übernimmt und automatisch die Systempfade konfiguriert.

Wenn openjdk-21-jdk nicht gefunden wird oder eine ältere Version ist, müssen Sie zur manuellen Installation übergehen.

Methode B: Manuelle Installation mit Archiv (.tar.gz) – Flexibel und aktuell

Diese Methode gibt Ihnen die volle Kontrolle und stellt sicher, dass Sie die neueste Version von Java 21 direkt vom Anbieter erhalten. Sie ist etwas aufwendiger, aber notwendig, wenn die APT-Repositories nicht aktuell genug sind.

1. Download des Java 21 JDK (Eclipse Temurin):

   Besuchen Sie die offizielle Adoptium-Website (Eclipse Temurin) unter https://adoptium.net/temurin/releases/. Suchen Sie nach Java 21 (LTS) und wählen Sie die Version für Linux (AArch64). Kopieren Sie den Download-Link für das .tar.gz-Archiv.

   Im Terminal laden Sie das Archiv herunter (ersetzen Sie den Platzhalter durch den tatsächlichen Link):

   wget https://github.com/adoptium/temurin21-binaries/releases/download/jdk-21.0.2%2B13/OpenJDK21U-jdk_aarch64_linux_hotspot_21.0.2_13.tar.gz

   (Hinweis: Der genaue Dateiname und Link können sich mit neuen Versionen ändern. Prüfen Sie immer die Adoptium-Website für den aktuellsten Link!)

2. Verzeichnis für Java erstellen und Archiv entpacken:

   Es ist gute Praxis, Java-Installationen in einem zentralen Verzeichnis wie /opt abzulegen.

   sudo mkdir /opt/jdk
   sudo tar -xzf OpenJDK21U-jdk_aarch64_linux_hotspot_21.0.2_13.tar.gz -C /opt/jdk

   Ersetzen Sie OpenJDK21U-jdk_aarch64_linux_hotspot_21.0.2_13.tar.gz durch den tatsächlichen Namen der heruntergeladenen Datei. Der -C /opt/jdk Parameter sorgt dafür, dass das Archiv direkt in das neu erstellte Verzeichnis entpackt wird.

   Nach dem Entpacken befindet sich das JDK-Verzeichnis wahrscheinlich unter /opt/jdk/jdk-21.x.x+y. Um den Pfad zu vereinfachen, können Sie es umbenennen:

   sudo mv /opt/jdk/jdk-21.0.2+13 /opt/jdk/java-21

   Auch hier den genauen Namen anpassen.

3. Umgebungsvariablen setzen:

   Damit das System weiß, wo Java installiert ist und die Befehle java und javac gefunden werden, müssen die Umgebungsvariablen JAVA_HOME und PATH gesetzt werden.

   Bearbeiten Sie die Datei ~/.bashrc (für den aktuellen Benutzer) oder /etc/profile (für alle Benutzer). Wir empfehlen ~/.bashrc für persönliche Installationen.

   nano ~/.bashrc

   Fügen Sie am Ende der Datei die folgenden Zeilen hinzu:

   export JAVA_HOME="/opt/jdk/java-21"
   export PATH="$PATH:$JAVA_HOME/bin"

   Speichern Sie die Datei (Strg+O, Enter) und schließen Sie den Editor (Strg+X).

   Damit die Änderungen wirksam werden, laden Sie die Datei neu:

   source ~/.bashrc

   Wenn Sie /etc/profile bearbeitet haben, müssen Sie sich ab- und wieder anmelden oder den Befehl source /etc/profile ausführen.

4. Java global verfügbar machen mit update-alternatives (Empfohlen):

   update-alternatives ist ein nützliches Werkzeug unter Debian-basierten Systemen (wie Raspberry Pi OS), um Standardbefehle wie java und javac zu verwalten, wenn mehrere Versionen installiert sind. Dies ist besonders nützlich, wenn Sie später andere Java-Versionen parallel betreiben möchten.

   sudo update-alternatives --install "/usr/bin/java" "java" "/opt/jdk/java-21/bin/java" 1
   sudo update-alternatives --install "/usr/bin/javac" "javac" "/opt/jdk/java-21/bin/javac" 1

   Der letzte Parameter (1) ist die Priorität. Eine höhere Zahl bedeutet eine höhere Priorität.

   Um die standardmäßig verwendete Java-Version zu konfigurieren, falls mehrere registriert sind:

   sudo update-alternatives --config java

   Sie erhalten eine Liste der verfügbaren Java-Installationen und können die gewünschte auswählen, indem Sie die entsprechende Nummer eingeben.

Schritt 4: Installation überprüfen

Nach der Installation ist es wichtig zu überprüfen, ob Java korrekt eingerichtet wurde und die richtige Version verwendet wird.

1. Java-Version prüfen:

   java -version

   Die Ausgabe sollte die installierte Java 21-Version anzeigen, z.B.:

   openjdk version "21.0.2" 2024-01-16
   OpenJDK Runtime Environment Temurin-21.0.2+13 (build 21.0.2+13)
   OpenJDK 64-Bit Server VM Temurin-21.0.2+13 (build 21.0.2+13, mixed mode)

2. Java-Compiler-Version prüfen:

   javac -version

   Dies sollte ebenfalls die Java 21-Version des Compilers bestätigen:

   javac 21.0.2

Wenn diese Befehle die korrekte Version ausgeben, herzlichen Glückwunsch! Java 21 ist erfolgreich auf Ihrem Raspberry Pi 4 installiert.

Optionale Konfiguration und Best Practices

Um das Beste aus Ihrer Java 21-Installation auf dem Raspberry Pi 4 herauszuholen, hier ein paar zusätzliche Tipps:

• Speicherverbrauch beachten: Obwohl der Raspberry Pi 4 leistungsfähig ist, hat er begrenzte Ressourcen. Achten Sie auf den Speicherverbrauch Ihrer Java-Anwendungen. Bei Bedarf können Sie die JVM-Heap-Größe mit den Optionen -Xms (Anfangsgröße) und -Xmx (maximale Größe) anpassen. Zum Beispiel: java -Xms128m -Xmx512m -jar IhreApp.jar.
• Swap-Datei: Bei speicherintensiven Anwendungen kann eine Swap-Datei nützlich sein, um Engpässe zu überbrücken. Allerdings ist häufiges Swapping auf einer microSD-Karte nicht ideal, da es deren Lebensdauer verkürzt. Erwägen Sie die Verwendung einer externen SSD über USB 3.0 für die Swap-Partition, wenn dies eine dauerhafte Lösung sein soll.
• Anwendungen als Dienste starten: Für langfristige Projekte ist es ratsam, Ihre Java-Anwendungen als Systemd-Dienste zu konfigurieren, damit sie automatisch beim Systemstart beginnen und überwacht werden können.
• Custom Runtimes mit JLink: Wenn Sie eine Java-Anwendung entwickeln, die auf dem Raspberry Pi ausgeführt werden soll, können Sie mit dem JLink-Tool des JDK eine kleinere, angepasste Laufzeitumgebung erstellen, die nur die benötigten Java-Module enthält. Dies reduziert den Speicher- und Festplatten-Footprint Ihrer Anwendung.

Häufige Probleme und Lösungen (Troubleshooting)

Sollten bei der Installation Probleme auftreten, hier sind einige häufige Szenarien und deren Lösungen:

• java: command not found oder javac: command not found:
  • Ursache: Die PATH-Umgebungsvariable ist nicht korrekt gesetzt oder nicht exportiert worden.
  • Lösung: Überprüfen Sie die Schritte zur Einstellung der Umgebungsvariablen in ~/.bashrc oder /etc/profile. Stellen Sie sicher, dass Sie source ~/.bashrc ausgeführt haben.
• Falsche Java-Version wird angezeigt:
  • Ursache: Es sind mehrere Java-Versionen installiert, und die Standardversion ist nicht die gewünschte.
  • Lösung: Verwenden Sie sudo update-alternatives --config java, um die Standard-Java-Version auszuwählen.
• Download-Fehler oder falsche Architektur:
  • Ursache: Sie haben versucht, eine Java-Version herunterzuladen, die nicht für die ARM64/AArch64-Architektur oder Linux geeignet ist, oder der Download-Link ist veraltet.
  • Lösung: Prüfen Sie die uname -m-Ausgabe und stellen Sie sicher, dass Sie das korrekte Linux AArch64 (ARM64) .tar.gz-Archiv von Adoptium oder einer anderen vertrauenswürdigen Quelle herunterladen.
• Berechtigungsprobleme:
  • Ursache: Sie versuchen, Dateien oder Verzeichnisse ohne ausreichende Berechtigungen zu erstellen oder zu ändern.
  • Lösung: Stellen Sie sicher, dass Sie den sudo-Befehl verwenden, wenn Sie systemweite Änderungen vornehmen (z.B. in /opt oder /usr/bin).

Fazit: Ihr Raspberry Pi 4 ist bereit für Java 21!

Sie haben es geschafft! Mit diesem umfassenden Guide haben Sie Java 21 erfolgreich auf Ihrem Raspberry Pi 4 installiert. Ihr Mini-Computer ist nun bereit, die neuesten Java-Anwendungen auszuführen und zu entwickeln. Die Kombination aus der kompakten Größe und Energieeffizienz des Raspberry Pi und der Leistungsfähigkeit und Stabilität von Java 21 eröffnet eine Welt voller spannender Projekte – von Smart-Home-Lösungen über IoT-Datenlogger bis hin zu kleinen Webservern.

Experimentieren Sie mit Ihren Projekten, nutzen Sie die neuen Features von Java 21 und entdecken Sie das volle Potenzial dieser beeindruckenden Kombination. Die Java-Community ist riesig und bietet unzählige Ressourcen und Bibliotheken, die Sie auf Ihrem Raspberry Pi nutzen können. Viel Spaß beim Codieren!