java快速入門教程

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　　第一章 Java概述

　　§1.1Java語言出現的背景、影響及應用前景

　　一、背景

最近一年多來,在Internet上出現的特別吸引人的事件就是Java語言和用 Java編寫的瀏覽器HotJava。

1991年,SUN MicroSystem公司的JameGosling、BillJoe等人,為在電視、控制烤麪包箱等家用消費類電子產品上進行交互式操作而開發了一個名為Oak 的軟件(即一種橡樹的名字),但當時並沒有引起人們的注意,直到1994年下半年,Internet的迅猛發展,環球信息網WWW的快速增長,促進了Java語言研製的進展,使得它逐漸成為Internet上受歡迎的開發與編程語言,一些著名的計算機公司紛紛購買了Java語言的使用權,如MicroSoft、IBM、Netscape、Novell、 Apple、DEC、SGI等,因此,Java語言被美國的著名雜誌PCMagazine評為1995 年十大優秀科技產品,(計算機類就此一項入選),隨之大量出現了用Java編寫的軟件產品,受到工業界的重視與好評,認為"Java是八十年代以來計算機界的一件大事",微軟總裁比爾·蓋茨在悄悄地觀察了一段時間後,不無感慨地説:"Java是長時間以來最卓越的程序設計語言",並確定微軟整個軟件開發的戰略從PC單機時代向着以網絡為中心的計算時代轉移,而購買Java則是他的重大戰略決策的實施部署。

因此,Java的誕生必將對整個計算機產業發生深遠的影響,對傳統的計算模型提出了新的挑戰。

SUNMicroSystem公司的總裁ScottMcNealy認為Java為Internet和WWW開闢了一個嶄新的時代。

環球信息網WWW的創始人Berners-Lee説:"計算機事業發展的下一個浪潮就是Java,並且將很快會發生的"。

看來,使用Java已成大勢所趨!

MicroSoft和IBM兩大公司都計劃在Internet上銷售用Java編寫的軟件。 Apple、HP、IBM、MicroSoft、Novell、SGI、SCO、Tandem等公司均計劃將Java併入各自開發的操作系統,而負責開發並推廣Java技術的SunSoft公司(這是SUN下屬的一個子公司),將通過頒發許可證的辦法來允許各家公司把 Java虛擬機和Java的Applets類庫嵌入他們開發的操作系統,這樣各類開發人員就能更容易地選擇多種平台來使用Java語言編程,不同的用户也就可以脱離Web 瀏覽器來運行Java應用程序,這無疑是很受廣大用户歡迎的,也為Java語言的應用開拓了極為廣闊的前景。(當然,各類JavaOS之間的兼容性必須得到重視,好在 JavaSoft已保證將監督這種兼

容性)。

另外,由JavaSoft推出的完全用Java編寫的Internet上新型瀏覽器HotJava, 比去年alpha版更為實用,不僅能編制動態的應用軟件,而且能編制完整的成套桌面應用軟件,將來還會提供更多的能幫助編制動態應用軟件的模塊,顯然,這也是為Java的應用提供了有力的例證。

今年6月7日,由SUN公司和台灣經濟事務部信息發展局、台灣信息技術研究所等單位牽頭,成立了一個"Java聯盟",參加的有22個在台灣相當著名的計算機公司,並在台北建立一個"Java開發中心",在新竹建立一個"Java語言實驗室", 以掀起台灣開發與應用Java語言的熱潮。

香港則在今年4月就舉行了全島的`Java杯比賽,在計算機界掀起了學習 Java的熱潮(尤其是在大學生們中,出現了一批Java迷)。

有人預言:Java將是網絡上的"世界語",今後所有的用其他語言編寫的軟件統統都要用Java語言來改寫。

　　二、Java語言對軟件開發技術的影響

工業界不少人預言:"Java語言的出現,將會引起一場軟件革命",這是因為傳統的軟件往往都是與具體的實現環境有關,換了一個環境就需要作一番改動,耗時費力,而Java語言能在執行碼(二進制碼)上兼容,這樣以前所開發的軟件就能運行在不同的機器上,只要所用的機器能提供Java語言解釋器即可。

Java語言將對未來軟件的開發產生影響,可從如下幾個方面考慮:

1軟件的需求分析:可將用户的需求進行動態的、可視化描述,以提供設計者更加直觀的要求。而用户的需求是各色各樣的,不受地區、行業、部門、愛好的影響,都可以用Java語言描述清楚。

2軟件的開發方法:由於Java語言的面向目標的特性,所以完全可以用O-O 的技術與方法來開發,這是符合最新的軟件開發規範要求的。

3Java語言的動畫效果遠比GUI技術更加逼真,尤其是利用WWW提供的巨大動畫資源空間,可以共享全世界的動態畫面的資源。

4軟件最終產品:用Java語言開發的軟件可以具有可視化、可聽化、可操作化的效交互、動畫與動作",要它停就停,要它繼續就繼續,而這是在電影與電視播放過程中難以做到的。

　　5其它:使用Java語言對開發效益、開發價值都有比較明顯的影響。

　　三、工業界對Java語言的評價

1996年5月29～31日,在美國舊金山召開了一個全世界Java語言開發者大

會,(JavaOneDeveloperConfer-ence),出席會議的多達6500多人,來自工業界的超過一半,有人評價説:"這是近年來計算機界最光輝的一次盛會",一些工業界的老總們相當看好Java語言,認為它的使用將會引起一場軟件革命。從軟件的設計風格、設計方法、設計目標到設計過程,都會產生徹底的變革,"甚至會改變此星球的生活方式"。

在這次會上,Java的創始人之一JamesGosling説:"Java不僅僅只是 applets,它能做任何事情",Dta諮詢公司的高級軟件工程師RichKadel説:"Java 不僅僅是一種程序設計語言,更是現代化軟件再實現的基礎;Java還是未來新型 OS的核心;將會出現Java芯片;將構成各種應用軟件的開發平台與實現環境,是人們必不可少的開發工具,……"。

由於各界都看好它,因此,各大公司都紛紛表示支持Java,Intel、Xerox 公司聲言將把Java嵌入到他們的產品中去。就連華爾街金融界也在投入資金人力用Java開發電子貿易、金融軟件。

所以有人説:"現在第三方的開發商都團結在Java大旗周圍了!",紛紛推出用Java開發的各種軟件產品,以期儘快地佔領市場。

　　四、Java語言的應用前景

Java語言有着廣泛的應用前景,大體上可以從以下幾個方面來考慮其應用:

1所有面向對象的應用開發,包括面向對象的事件描述、處理、綜合等;

2計算過程的可視化、可操作化的軟件的開發;

3動態畫面的設計,包括圖形圖像的調用;

4交互操作的設計(選擇交互、定向交互、控制流程等);

5Internet的系統管理功能模塊的設計,包括Web頁面的動態設計、管理和交互操作設計等;

6Intranet(企業內部網)上的軟件開發(直接面向企業內部用户的軟件);

7與各類數據庫連接查詢的SQL語句實現;

8其它應用類型的程序。

§1.2Java的特點

Java是一個廣泛使用的網絡編程語言,它是一種新的計算概念。

首先,作為一種程序設計語言,它簡單、面向對象、不依賴於機器的結構、具有可移植性、魯棒性、安全性、並且提供了併發的機制、具有很高的性能。其次,它最大限度地利用了網絡,Java的小應用程序(applet)可在網絡上傳輸而不受CPU和環境

的限制。另外,Java還提供了豐富的類庫,使程序設計者可以很方便地建立自己的系統。

下面我們分別從這三個方面來討論Java的特點,然後通過把Java與C, C++相比進一步指出它所具有的優點。

　　一、Java語言

Java語言有下面一些特點:簡單、面向對象、分佈式、解釋執行、魯棒、安全、體系結構中立、可移植、高性能、多線程以及動態性。

1.簡單性

Java語言是一種面向對象的語言,它通過提供最基本的方法來完成指定的任務,只需理解一些基本的概念,就可以用它編寫出適合於各種情況的應用程序。Java略去了運算符重載、多重繼承等模糊的概念,並且通過實現自動垃圾收集大大簡化了程序設計者的內存管理工作。另外,Java也適合於在小型機上運行,它的基本解釋器及類的支持只有40KB左右,加上標準類庫和線程的支持也只有215KB左右。庫和線程的支持也只有215KB左右。

2.面向對象

Java語言的設計集中於對象及其接口,它提供了簡單的類機制以及動態的接口模型。對象中封裝了它的狀態變量以及相應的方法,實現了模塊化和信息隱藏;而類則提供了一類對象的原型,並且通過繼承機制,子類可以使用父類所提供的方法,實現了代碼的複用。

3.分佈性

Java是面向網絡的語言。通過它提供的類庫可以處理TCP/IP協議,用户可以通過URL地址在網絡上很方便地訪問其它對象。

4.魯棒性

Java在編譯和運行程序時,都要對可能出現的問題進行檢查,以消除錯誤的產生。它提供自動垃圾收集來進行內存管理,防止程序員在管理內存時容易產生的錯誤。通過集成的面向對象的例外處理機制,在編譯時,Java提示出可能出現但未被處理的例外,幫助程序員正確地進行選擇以防止系統的崩潰。另外, Java在編譯時還可捕獲類型聲明中的許多常見錯誤,防止動態運行時不匹配問題的出現。

5.安全性

用於網絡、分佈環境下的Java必須要防止病毒的入侵。Java不支持指針, 一切對內存的訪問都必須通過對象的實例變量來實現,這樣就防止程序員使用 "特洛伊"木馬等欺騙手段訪問對象的私有成員,同時也避免了指針操作中容易產生的錯誤。

6.體系結構中立

Java解釋器生成與體系結構無關的字節碼指令,只要安裝了Java運行時系統,Java程序就可在任意的處理器上運行。這些字節碼指令對應於Java虛擬機中的表示,Java解釋器得到字節碼後,對它進行轉換,使之能夠在不同的平台運行。

7.可移植性

與平台無關的特性使Java程序可以方便地被移植到網絡上的不同機器。同時,Java的類庫中也實現了與不同平台的接口,使這些類庫可以移植。另外, Java編譯器是由Java語言實現的,Java運行時系統由標準C實現,這使得Java 系統本身也具有可移植性。

8.解釋執行

Java解釋器直接對Java字節碼進行解釋執行。字節碼本身攜帶了許多編譯時信息,使得連接過程更加簡單。

9.高性能

和其它解釋執行的語言如BASIC、TCL不同,Java字節碼的設計使之能很容易地直接轉換成對應於特定CPU的機器碼,從而得到較高的性能。

10.多線程

多線程機制使應用程序能夠並行執行,而且同步機制保證了對共享數據的正確操作。通過使用多線程,程序設計者可以分別用不同的線程完成特定的行為,而不需要採用全局的事件循環機制,這樣就很容易地實現網絡上的實時交互行為。

11.動態性

Java的設計使它適合於一個不斷髮展的環境。在類庫中可以自由地加入新的方法和實例變量而不會影響用户程序的執行。並且Java通過接口來支持多重繼承,使之比嚴格的類繼承具有更靈活的方式和擴展性。

　　二、JavaApplet

Java語言的特性使它可以最大限度地利用網絡。Ap-plet是Java的小應用程序,它是動態、安全、跨平台的網絡應用程序。JavaApplet嵌入HTML語言,通過主頁發佈到Internet。網絡用户訪問服務器的Applet時,這些Applet 從網絡上進行傳輸,然後在支持Java的瀏覽器中運行。由於Java語言的安全機制,用户一旦載入Applet,就可以放心地來生成多媒體的用户界面或完成複雜的計算而不必擔心病毒的入侵。雖然Applet可以和圖像、聲音、動畫等一樣從網絡上下載,但它並不同於這些多媒體的文件格式,它可以接收用户的輸入,動態地進行改變,而不僅僅是動畫的顯示和

聲音的播放。

　　三、豐富的類庫

Java提供了大量的類以滿足網絡化、多線程、面向對象系統的需要。

1.語言包提供的支持包括字符串處理、多線程處理、例外處理、數學函數處理等,可以用它簡單地實現Java程序的運行平台。

2.實用程序包提供的支持包括哈希表、堆棧、可變數組、時間和日期等。

3.輸入輸出包用統一的"流"模型來實現所有格式的I/O,包括文件系統、網絡、輸入

4.低級網絡包用於實現Socket編程。

5.抽象圖形用户接口包實現了不同平台的計算機的圖形用户接口部件, 包括窗口、菜單、滾動條、對話框等,使得Java可以移植到不同平台的機器。

6.網絡包支持Internet的TCP/IP協議,提供了與In-ternet的接口。它支持URL連接,WWW的即時訪問,並且簡化了用户/服務器模型的程序設計。

　　四、Java和C、C++

對於變量聲明、參數傳遞、操作符、流控制等,Java使用了和C、C++ 相同的傳統,使得熟悉C、C++的程序員能很方便地進行編程。同時,Java為了實現其簡單、魯棒、安全等特性,也摒棄了C和C++中許多不合理的內容。

1.全局變量

Java程序中,不能在所有類之外定義全局變量,只能通過在一個類中定義公用、靜態的變量來實現一個全局變量。例如:

ClassGlobalVar{ public static global_var; }

在類GlobalVar中定義變量global_var為public static,使得其它類可以訪問和修改該變量。 Java對全局變量進行了更好的封裝。而在C和C++中,依賴於不加封裝的全局變量常常造成系統的崩潰。

Java不支持C、C++中的goto語句,而是通過例外處理語句try,Catch, final等來代替C、C++中用goto來處理遇到錯誤時跳轉的情況,使程序更可讀且更結構化。

3.指針

指針是C、C++中最靈活,也是最容易產生錯誤的數據類型。由指針所進行的內存地

址操作常會造成不可預知的錯誤,同時通過指針對某個內存地址進行顯式類型轉換後,可以訪問一個C++中的私有成員,從而破壞安全性,造成系統的崩潰。而Java對指針進行完全的控制,程序員不能直接進行任何指針操作,例如把整數轉化為指針,或者通過指針釋放某一內存地址等。同時,數組作為類在Java 中實現,良好地解決了數組訪問越界這一C、C++中不作檢查的錯誤。

4.內存管理

在C中,程序員通過庫函數malloc()和free()來分配和釋放內存,C++ 中則通過運算符new和delete來分配和釋放內存。再次釋放已釋放的內存塊或未被分配的內存塊,會造成系統的崩潰;同樣,忘記釋放不再使用的內存塊也會逐漸耗盡系統資源。而在Java中,所有的數據結構都是對象,通過運算符new 為它們分配內存堆。通過new得到對象的處理權,而實際分配給對象的內存可能隨程序運行而改變,Java對此自動地進行管理並且進行垃圾收集,有效防止了由於程序員的誤操作而導致的錯誤,並且更好地利用了系統資源。

5.數據類型的支持

在C、C++中,對於不同的平台,編譯器對於簡單數據類型如int,float 等分別分配不同長度的字節數,例如:int在IBMPC中為16位,在VAX-11中為 32位,這導致了代碼的不可移植性,但在Java中,對於這些數據類型總是分配固定長度的位數,如對int型,它總佔32位,這就保證了Java的平台無關性。

6.類型轉換

在C、C++中,可以通過指針進行任意的類型轉換,常常帶來不安全性, 而Java中,運行時系統對對象的處理要進行類型相容性檢查,以防止不安全的轉換。

7.頭文件

C、C++中用頭文件來聲明類的原型以及全局變量、庫函數等,在大的系統中,維護這些頭文件是很困難的。而Java不支持頭文件,類成員的類型和訪問權限都封裝在一個類中,運行時系統對訪問進行控制,防止對私有成員的操作。同時,Java中用import語句來與其它類進行通訊,以便使用它們的方法。

8.結構和聯合

C、C++中的結構和聯合中所有成員均為公有,這就帶來了安全性問題。 Java中不包含結構和聯合,所有的內容都封裝在類中。

9.預處理

C、C++中用宏定義來實現的代碼給程序的可讀性帶來了困難。在Java 中,不支持宏,它通過關鍵字final來聲明一個常量,以實現宏定義中廣泛使用的常量定義。