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java快速入門教程
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第一章 Java概述
§1.1Java語言出現(xiàn)的背景、影響及應(yīng)用前景
一、背景
最近一年多來,在Internet上出現(xiàn)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、控制烤面包箱等家用消費類電子產(chǎn)品上進行交互式操作而開發(fā)了一個名為Oak 的軟件(即一種橡樹的名字),但當時并沒有引起人們的注意,直到1994年下半 年,Internet的迅猛發(fā)展,環(huán)球信息網(wǎng)WWW的快速增長,促進了Java語言研制的 進展,使得它逐漸成為Internet上受歡迎的開發(fā)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(quán),如MicroSoft、IBM、Netscape、Novell、 Apple、DEC、SGI等,因此,Java語言被美國的著名雜志PCMagazine評為1995 年十大優(yōu)秀科技產(chǎn)品,(計算機類就此一項入選),隨之大量出現(xiàn)了用Java編寫的 軟件產(chǎn)品,受到工業(yè)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后,不無感慨地說:"Java是 長時間以來最卓越的程序設(shè)計語言",并確定微軟整個軟件開發(fā)的戰(zhàn)略從PC單機時 代向著以網(wǎng)絡(luò)為中心的計算時代轉(zhuǎn)移,而購買Java則是他的重大戰(zhàn)略決策的實施部 署。
因此,Java的誕生必將對整個計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)生深遠的影響,對傳統(tǒng)的計算模型 提出了新的挑戰(zhàn)。
SUNMicroSystem公司的總裁ScottMcNealy認為Java為Internet和WWW開 辟了一個嶄新的時代。
環(huán)球信息網(wǎng)WWW的創(chuàng)始人Berners-Lee說:"計算機事業(yè)發(fā)展的下一個浪潮就 是Java,并且將很快會發(fā)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并入各自開發(fā)的操作系統(tǒng),而負責開發(fā)并推廣Java技術(shù)的SunSoft公 司(這是SUN下屬的一個子公司),將通過頒發(fā)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(fā)的操作系統(tǒng),這樣各類開發(fā)人員 就能更容易地選擇多種平臺來使用Java語言編程,不同的用戶也就可以脫離Web 瀏覽器來運行Java應(yīng)用程序,這無疑是很受廣大用戶歡迎的,也為Java語言的應(yīng) 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(jiān)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(tài)的應(yīng)用軟件,而且能編制完整的成套桌 面應(yīng)用軟件,將來還會提供更多的能幫助編制動態(tài)應(yīng)用軟件的模塊,顯然,這也是 為Java的應(yīng)用提供了有力的例證。
今年6月7日,由SUN公司和臺灣經(jīng)濟事務(wù)部信息發(fā)展局、臺灣信息技術(shù)研 究所等單位牽頭,成立了一個"Java聯(lián)盟",參加的有22個在臺灣相當著名的計算 機公司,并在臺北建立一個"Java開發(fā)中心",在新竹建立一個"Java語言實驗室", 以掀起臺灣開發(fā)與應(yīng)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(xiàn)了一批Java迷)。
有人預(yù)言:Java將是網(wǎng)絡(luò)上的"世界語",今后所有的用其他語言編寫的軟 件統(tǒng)統(tǒng)都要用Java語言來改寫。
二、Java語言對軟件開發(fā)技術(shù)的影響
工業(yè)界不少人預(yù)言:"Java語言的出現(xiàn),將會引起一場軟件革命",這是因為 傳統(tǒng)的軟件往往都是與具體的實現(xiàn)環(huán)境有關(guān),換了一個環(huán)境就需要作一番改動,耗 時費力,而Java語言能在執(zhí)行碼(二進制碼)上兼容,這樣以前所開發(fā)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(fā)產(chǎn)生影響,可從如下幾個方面考慮:
1軟件的需求分析:可將用戶的需求進行動態(tài)的、可視化描述,以提供設(shè)計 者更加直觀的要求。而用戶的需求是各色各樣的,不受地區(qū)、行業(yè)、部門、愛好的 影響,都可以用Java語言描述清楚。
2軟件的開發(fā)方法:由于Java語言的面向目標的特性,所以完全可以用O-O 的技術(shù)與方法來開發(fā),這是符合最新的軟件開發(fā)規(guī)范要求的。
3Java語言的動畫效果遠比GUI技術(shù)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(tài)畫面的資源。
4軟件最終產(chǎn)品:用Java語言 開發(fā)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(xù)就繼續(xù),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(fā)效益、開發(fā)價值都有比較明顯的影響。
三、工業(yè)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(fā)者 大
會,(JavaOneDeveloperConfer-ence),出席會議的多達6500多人,來自工業(yè) 界的超過一半,有人評價說:"這是近年來計算機界最光輝的一次盛會",一些工 業(yè)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(shè)計風格、設(shè)計方法、設(shè)計目標到設(shè)計過程,都會產(chǎn)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(chuàng)始人之一JamesGosling說:"Java不僅僅只是 applets,它能做任何事情",Dta咨詢公司的高級軟件工程師RichKadel說:"Java 不僅僅是一種程序設(shè)計語言,更是現(xiàn)代化軟件再實現(xiàn)的基礎(chǔ);Java還是未來新型 OS的核心;將會出現(xiàn)Java芯片;將構(gòu)成各種應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺與實現(xiàn)環(huán)境,是 人們必不可少的開發(fā)工具,……"。
由于各界都看好它,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(chǎn)品中去。就連華爾街金融界也在投入資金人力 用Java開發(fā)電子貿(mào)易、金融軟件。
所以有人說:"現(xiàn)在第三方的開發(fā)商都團結(jié)在Java大旗周圍了!",紛紛推出 用Java開發(fā)的各種軟件產(chǎn)品,以期盡快地占領(lǐng)市場。
四、Java語言的應(yīng)用前景
Java語言有著廣泛的應(yīng)用前景,大體上可以從以下幾個方面來考慮其應(yīng)用:
1所有面向?qū)ο蟮膽?yīng)用開發(fā),包括面向?qū)ο蟮氖录枋�、處理、綜合等;
2計算過程的可視化、可操作化的軟件的開發(fā);
3動態(tài)畫面的設(shè)計,包括圖形圖像的調(diào)用;
4交互操作的設(shè)計(選擇交互、定向交互、控制流程等);
5Internet的系統(tǒng)管理功能模塊的設(shè)計,包括Web頁面的動態(tài)設(shè)計、管理 和交互操作設(shè)計等;
6Intranet(企業(yè)內(nèi)部網(wǎng))上的軟件開發(fā)(直接面向企業(yè)內(nèi)部用戶的軟件);
7與各類數(shù)據(jù)庫連接查詢的SQL語句實現(xiàn);
8其它應(yīng)用類型的程序。
§1.2Java的特點
Java是一個廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)編程語言,它是一種新的計算概念。
首先,作為一種程序設(shè)計語言,它簡單、面向?qū)ο蟆⒉灰蕾囉跈C器的結(jié)構(gòu)、 具有可移植性、魯棒性、安全性、并且提供了并發(fā)的機制、具有很高的性能。其 次,它最大限度地利用了網(wǎng)絡(luò),Java的小應(yīng)用程序(applet)可在網(wǎng)絡(luò)上傳輸而 不受CPU和環(huán)境
的限制。另外,Java還提供了豐富的類庫,使程序設(shè)計者可以很 方便地建立自己的系統(tǒng)。
下面我們分別從這三個方面來討論Java的特點,然后通過把Java與C, C++相比進一步指出它所具有的優(yōu)點。
一、Java語言
Java語言有下面一些特點:簡單、面向?qū)ο蟆⒎植际�、解釋�?zhí)行、魯棒、 安全、體系結(jié)構(gòu)中立、可移植、高性能、多線程以及動態(tài)性。
1.簡單性
Java語言是一種面向?qū)ο蟮恼Z言,它通過提供最基本的方法來完成指定的 任務(wù),只需理解一些基本的概念,就可以用它編寫出適合于各種情況的應(yīng)用程 序。Java略去了運算符重載、多重繼承等模糊的概念,并且通過實現(xiàn)自動垃圾 收集大大簡化了程序設(shè)計者的內(nèi)存管理工作。另外,Java也適合于在小型機上運 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?qū)ο?/p>
Java語言的設(shè)計集中于對象及其接口,它提供了簡單的類機制以及動態(tài)的 接口模型。對象中封裝了它的狀態(tài)變量以及相應(yīng)的方法,實現(xiàn)了模塊化和信息 隱藏;而類則提供了一類對象的原型,并且通過繼承機制,子類可以使用父類 所提供的方法,實現(xiàn)了代碼的復用。
3.分布性
Java是面向網(wǎng)絡(luò)的語言。通過它提供的類庫可以處理TCP/IP協(xié)議,用戶 可以通過URL地址在網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)的問題進行檢查,以消除錯誤 的產(chǎn)生。它提供自動垃圾收集來進行內(nèi)存管理,防止程序員在管理內(nèi)存時容易 產(chǎn)生的錯誤。通過集成的面向?qū)ο蟮睦馓幚頇C制,在編譯時,Java提示出可能 出現(xiàn)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(tǒng)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(tài)運行時不匹配問題 的出現(xiàn)。
5.安全性
用于網(wǎng)絡(luò)、分布環(huán)境下的Java必須要防止病毒的入侵。Java不支持指針, 一切對內(nèi)存的訪問都必須通過對象的實例變量來實現(xiàn),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(chǎn)生的錯誤。
6.體系結(jié)構(gòu)中立
Java解釋器生成與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的字節(jié)碼指令,只要安裝了Java運行時 系統(tǒng),Java程序就可在任意的處理器上運行。這些字節(jié)碼指令對應(yīng)于Java虛擬 機中的表示,Java解釋器得到字節(jié)碼后,對它進行轉(zhuǎn)換,使之能夠在不同的平 臺運行。
7.可移植性
與平臺無關(guān)的特性使Java程序可以方便地被移植到網(wǎng)絡(luò)上的不同機器。 同時,Java的類庫中也實現(xiàn)了與不同平臺的接口,使這些類庫可以移植。另外, Java編譯器是由Java語言實現(xiàn)的,Java運行時系統(tǒng)由標準C實現(xiàn),這使得Java 系統(tǒng)本身也具有可移植性。
8.解釋執(zhí)行
Java解釋器直接對Java字節(jié)碼進行解釋執(zhí)行。字節(jié)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(zhí)行的語言如BASIC、TCL不同,Java字節(jié)碼的設(shè)計使之能 很容易地直接轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于特定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(yīng)用程序能夠并行執(zhí)行,而且同步機制保證了對共享數(shù)據(jù) 的正確操作。通過使用多線程,程序設(shè)計者可以分別用不同的線程完成特定 的行為,而不需要采用全局的事件循環(huán)機制,這樣就很容易地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的實 時交互行為。
11.動態(tài)性
Java的設(shè)計使它適合于一個不斷發(fā)展的環(huán)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戶程序的執(zhí)行。并且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(wǎng)絡(luò)。Ap-plet是Java的小應(yīng) 用程序,它是動態(tài)、安全、跨平臺的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。JavaApplet嵌入HTML語 言,通過主頁發(fā)布到Internet。網(wǎng)絡(luò)用戶訪問服務(wù)器的Applet時,這些Applet 從網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸,然后在支持Java的瀏覽器中運行。由于Java語言的安全機 制,用戶一旦載入Applet,就可以放心地來生成多媒體的用戶界面或完成復雜的 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(wǎng) 絡(luò)上下載,但它并不同于這些多媒體的文件格式,它可以接收用戶的輸入,動態(tài) 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(wǎng)絡(luò)化、多線程、面向?qū)ο笙到y(tǒng)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(shù)學函 數(shù)處理等,可以用它簡單地實現(xiàn)Java程序的運行平臺。
2.實用程序包提供的支持包括哈希表、堆棧、可變數(shù)組、時間和日期等。
3.輸入輸出包用統(tǒng)一的"流"模型來實現(xiàn)所有格式的I/O,包括文件系統(tǒng)、 網(wǎng)絡(luò)、輸入
4.低級網(wǎng)絡(luò)包用于實現(xiàn)Socket編程。
5.抽象圖形用戶接口包實現(xiàn)了不同平臺的計算機的圖形用戶接口部件, 包括窗口、菜單、滾動條、對話框等,使得Java可以移植到不同平臺的機器。
6.網(wǎng)絡(luò)包支持Internet的TCP/IP協(xié)議,提供了與In-ternet的接口。 它支持URL連接,WWW的即時訪問,并且簡化了用戶/服務(wù)器模型的程序設(shè)計。
四、Java和C、C++
對于變量聲明、參數(shù)傳遞、操作符、流控制等,Java使用了和C、C++ 相同的傳統(tǒng),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(xiàn)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(nèi)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(tài)的變量來實現(xiàn)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,依賴于不加封裝 的全局變量常常造成系統(tǒng)的崩潰。
2.Goto
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(zhuǎn)的情況,使程序更可讀 且更結(jié)構(gòu)化。
3.指針
指針是C、C++中最靈活,也是最容易產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)類型。由指針所進行 的內(nèi)存地
址操作常會造成不可預(yù)知的錯誤,同時通過指針對某個內(nèi)存地址進行顯 式類型轉(zhuǎn)換后,可以訪問一個C++中的私有成員,從而破壞安全性,造成系統(tǒng)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(shù)轉(zhuǎn)化為指針,或者通過指針釋放某一內(nèi)存地址等。同時,數(shù)組作為類在Java 中實現(xiàn),良好地解決了數(shù)組訪問越界這一C、C++中不作檢查的錯誤。
4.內(nèi)存管理
在C中,程序員通過庫函數(shù)malloc()和free()來分配和釋放內(nèi)存,C++ 中則通過運算符new和delete來分配和釋放內(nèi)存。再次釋放已釋放的內(nèi)存塊或 未被分配的內(nèi)存塊,會造成系統(tǒng)的崩潰;同樣,忘記釋放不再使用的內(nèi)存塊也 會逐漸耗盡系統(tǒng)資源。而在Java中,所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是對象,通過運算符new 為它們分配內(nèi)存堆。通過new得到對象的處理權(quán),而實際分配給對象的內(nèi)存可能 隨程序運行而改變,Java對此自動地進行管理并且進行垃圾收集,有效防止了由 于程序員的誤操作而導致的錯誤,并且更好地利用了系統(tǒng)資源。
5.數(shù)據(jù)類型的支持
在C、C++中,對于不同的平臺,編譯器對于簡單數(shù)據(jù)類型如int,float 等分別分配不同長度的字節(jié)數(shù),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,對于這些數(shù)據(jù)類型總是分 配固定長度的位數(shù),如對int型,它總占32位,這就保證了Java的平臺無關(guān)性。
6.類型轉(zhuǎn)換
在C、C++中,可以通過指針進行任意的類型轉(zhuǎn)換,常常帶來不安全性, 而Java中,運行時系統(tǒng)對對象的處理要進行類型相容性檢查,以防止不安全的 轉(zhuǎn)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(shù)等,在大的系 統(tǒng)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(quán)限都封裝在一個類中,運行時系統(tǒng)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(jié)構(gòu)和聯(lián)合
C、C++中的結(jié)構(gòu)和聯(lián)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(jié)構(gòu)和聯(lián)合,所有的內(nèi)容都封裝在類中。
9.預(yù)處理
C、C++中用宏定義來實現(xiàn)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(guān)鍵字final來聲明一個常量,以實現(xiàn)宏定義中廣泛使 用的常量定義。
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