第章  1  Java語言概述

      Java是一門面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言。本章首先介紹Java的發(fā)展歷程，讓讀者對Java有基本的認識，了解Java的特點和運行機制；然后詳細講解Java開發(fā)環(huán)境的搭建和開發(fā)流程，包括一些基本的注意事項。  通過本章的學習，達到以下目標。  �r 認識Java，并了解其發(fā)展歷程。  �r 熟悉Java語言的特點及應用領域。  �r 掌握安裝并配置Java開發(fā)環(huán)境的方法。  �r 掌握Java中Path及classpath屬性的作用。  �r 能夠編寫并運行一個簡單的Java程序。  �r 掌握Java的開發(fā)流程。  �r 了解常用的Java開發(fā)工具。  1.1認識Java〖*2〗1.1.1什么是Java在認識Java之前，先了解幾個基本概念。

       1. 軟件開發(fā)  軟件開發(fā)是根據(jù)用戶要求建造軟件系統(tǒng)或者系統(tǒng)中的軟件部分的過程。軟件開發(fā)是一項包括需求捕捉、需求分析、設計、實現(xiàn)和測試的系統(tǒng)工程。軟件是一系列按照特定順序組織的計算機數(shù)據(jù)和指令的集合，分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。軟件一般使用某種程序設計語言來實現(xiàn)，通常采用相應的開發(fā)工具進行開發(fā)。  開發(fā)出來的軟件系統(tǒng)可以幫助人們解決和處理各種問題，必然產(chǎn)生人機交互。人機交互方式有兩種： 圖形化界面(Graphical User Interface，GUI)和命令行方式(Command Line Interface，CLI)。*種方式簡單直觀，用戶易于接受，容易上手操作，如Windows操作系統(tǒng)；第二種方式需要一個控制臺，用戶輸入特定的指令，讓計算機完成操作，較為麻煩，需要用戶記住一些命令，如DOS操作系統(tǒng)。

       2. 計算機語言  語言是人與人之間用于溝通的一種方式。例如，中國人與中國人用普通話溝通；中國人要和英國人交流，需要學習英語。計算機語言是人與計算機交流的方式。如果人要與計算機交流，需要學習計算機語言。計算機語言有很多種，如C、C++、Java、PHP等。Java程序設計   00第1章  Java語言概述  00Java是Sun公司(全稱Stanford University Network，1982年成立。2009年4月20日，被甲骨文公司以約74億美元收購)開發(fā)的一套編程語言，主設計者是James Gosling(見圖1��1)，*早來源于一個叫Green的項目。這個項目*初的目的是為家用電子消費產(chǎn)品開發(fā)一個小巧、易用、安全穩(wěn)定、與平臺無關的分布式代碼系統(tǒng)，以便通過網(wǎng)絡對家用電器進行控制。一開始，Sun公司的工程師們準備采用C++語言來開發(fā)，但由于C++過于復雜，安全性差，于是他們決定基于C++開發(fā)一種符合自己要求的新語言。1991年4月，歷時18個月，新語言的*個版本誕生了。命名時， James Gosling看到窗口的橡樹(見圖1��2)，遂為其取名為Oak，希望它能夠有橡樹一般堅強的生命力。后來，他發(fā)現(xiàn)“Oak”是Sun公司另外一種語言的注冊商標，于是1995年將這種新語言更名為“Java”，即太平洋上一個盛產(chǎn)咖啡的島嶼的名字。Java是一種用于網(wǎng)絡的，精巧而安全的語言，使得程序能夠*大限度地利用網(wǎng)絡資源。  圖1��1James Gosling  圖1��2印度橡樹     Java語言發(fā)展到今天，有過多個版本。1995年5月23日，Sun公司推出Java JDK 1.0版，標志著Java正式進軍Internet。1998年，Sun公司對JDK 1.0升級，并推出JDK 1.2的開發(fā)包，加入大量的輕量級組件包。從此，Java正式命名為Java 2。  Java語言經(jīng)歷了以下3個發(fā)展方向。

        (1) J2SE(Java 2 Platform Standard Edition)： 包含構(gòu)成Java語言核心的類，如數(shù)據(jù)庫連接、接口定義、輸入/輸出和網(wǎng)絡編程，主要用于開發(fā)一般個人電腦上的應用軟件。

        (2) J2ME(Java 2 Platform Micro Edition)： 包含J2SE中的一部分類，用于消費類電子產(chǎn)品的軟件開發(fā)，如呼機、智能卡、手機、PDA和機頂盒。

        (3) J2EE(Java 2 Platform Enterprise Edition)： 即Java企業(yè)版，包含J2SE中的所有類，還包含用于開發(fā)企業(yè)級應用的類，如EJB、Servlet、JSP、XML和事務控制，也是現(xiàn)在Java應用的主要方向，用于開發(fā)企業(yè)級應用軟件。  上述3項中的核心部分是J2SE，J2ME和J2EE是在J2SE基礎上發(fā)展起來的。  【注】 在2005年“Java十周年大會”之后，上述3門技術被重新命名。  (1) J2SE更名為Java SE。  (2) J2ME更名為Java ME。  (3) J2EE更名為Java EE。  1.1.2Java語言的特點  Java總是和C++聯(lián)系在一起，而C++是從C語言派生而來的，所以Java語言繼承了這兩種語言的大部分特性。Java的語法從C語言繼承而來，Java許多面向?qū)ο蟮奶匦远际艿紺++的影響。事實上，Java中的幾個自定義特性都來自于或可以追溯到它的這些前驅(qū)語言。略有不同的是，Java語言完全面向?qū)ο螅�摒棄了C和C++的不足。Java語言的誕生與過去近30年中計算機語言的不斷改進和發(fā)展密切相關。  Sun公司在《Java白皮書》中對Java的定義是： “Java： A simple, object�瞣riented, distributed,interpreted,robust,architecture�瞡eutral,secure,portable,high�瞤erformance,multi�瞭hreaded,and dynamic language.”即Java是一種具有簡單、面向?qū)ο�、分布式、解釋型、健壯、安全、與體系結(jié)構(gòu)無關、可移植、高性能、多線程和動態(tài)執(zhí)行等特性的語言。下面簡述Java的主要特性。

       1. 簡單易用  Java語言是一種相當簡潔的面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言，它省略了C++語言中所有難以理解、容易混淆的特性，如頭文件、指針、結(jié)構(gòu)、單元、運算符重載和虛擬基礎類等，更加嚴謹、簡潔。  Java源代碼的書寫不拘泥于特定的環(huán)境，可以使用記事本、文本編輯器等；將源文件編譯后，可直接運行；再通過調(diào)試，得到預期的結(jié)果。  此外，Java可以自動完成垃圾收集工作，回收不再使用的內(nèi)存，使用戶無須擔心內(nèi)存管理之類的事情。

       2. 面向?qū)ο? 面向?qū)ο笫侵敢詫ο鬄榛�本粒度，其下包含屬性和方法。對象的說明用屬性表達，通過使用方法來操作這個對象�？梢赃@么說，面向?qū)ο笫擒浖�工程學的一次革命，大大提升了人類的軟件開發(fā)能力，是一個偉大的進步，是軟件發(fā)展重大的里程碑。作為一種現(xiàn)代編程語言，是不能偏離面向?qū)ο筮@一方向的，Java語言也不例外。  Java是一種面向?qū)ο蟮恼Z言，具有面向?qū)ο蟮闹T多優(yōu)點，如代碼擴展、代碼復用等。

       3. 分布式  Java語言具有強大的、易于使用的聯(lián)網(wǎng)能力，非常適合開發(fā)分布式計算的程序。Java應用程序可以像訪問本地文件系統(tǒng)那樣通過URL訪問遠程對象。  使用Java語言編寫Socket通信程序比使用其他任何語言都簡單。它適用于公共網(wǎng)關接口(CGI)腳本的開發(fā)，還可以利用Java小應用程序(Applet)、Java服務器頁面(Java Server Page，JSP)、Servlet等手段構(gòu)建更豐富的網(wǎng)頁。

       4. 解釋型  Java是一種解釋型語言，相對于C/C++，用Java語言寫出來的程序效率低，執(zhí)行速度慢。但它可以通過在不同平臺上運行Java解釋器，解釋Java代碼，實現(xiàn)“一次編寫，到處運行”的目標。為此，犧牲效率是值得的。而且，現(xiàn)在的計算機技術日新月異，運算速度越來越快，用戶不會感到太慢。

       5. 健壯  Java語言在偽編譯時做了許多早期潛在問題的檢查，在運行時又做了一些相應的檢查，可以說是一種*嚴格的編譯器。它的這種“防患于未然”的手段將許多程序中的錯誤扼殺在“搖籃”之中，使得許多在其他語言中必須通過運行才會暴露出來的錯誤，在編譯階段就被發(fā)現(xiàn)了。  另外，Java語言具備保證程序穩(wěn)定、健壯的特性，有效地減少了錯誤，使Java應用程序更加健壯。

       6. 具有較高的安全性  人們設計Java語言時，在安全性方面考慮得很仔細，做了許多探究，使其成為目前*安全的一種程序設計語言。  對Java來說，安全性分為4個層面，即語言級安全性、編譯時安全性、運行時安全性和可執(zhí)行代碼安全性。語言級安全性指Java的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是完整的對象，這些封裝過的數(shù)據(jù)類型具有安全性。編譯時，要進行Java語言和語義的檢查，保證每個變量對應一個值，編譯后生成Java類。運行時，Java類需要使用類加載器載入，由字節(jié)碼校驗器校驗之后才可以運行。Java類在網(wǎng)絡上使用時，對其權限進行了設置，以保證被訪問用戶的安全性。

       7. 可移植性  對于程序員而言，寫出來的程序如果不需要修改就能夠同時在Windows、Mac OS、UNIX等平臺上運行，簡直就是美夢成真，Java語言讓這個原本遙不可及的事越來越近。使用Java語言編寫的程序，只需較少的修改，甚至有時根本不需修改，即可在不同平臺上運行。

       8. 擁有較高的性能  由于Java是一種解釋型語言，其執(zhí)行效率就會低一些，但采取下述兩種措施，可使其擁有較高的性能。  (1) Java語言源程序編寫完成后，先使用Java偽編譯器進行偽編譯，將其轉(zhuǎn)換為中間碼(也稱為字節(jié)碼)再解釋。  (2) 提供了一種準實時(Just�睮n�睺ime，JIT)編譯器。當需要更快的速度時，使用JIT編譯器將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成機器碼，將其緩沖下來，速度就會更快。

       9. 具有多線程處理能力  線程是一種輕量級進程，是現(xiàn)代程序設計中必不可少的一種特性。多線程是指允許一個應用程序同時存在兩個或以上的線程，用于支持事務并發(fā)和多任務處理。多線程處理能力使程序具有更好的交互性和實時性。  Java在多線程處理方面性能超群，除了內(nèi)置的多線程技術之外，還定義了一些類、方法等來建立和管理用戶定義的多線程，具有讓用戶驚喜的強大功能，而且在Java語言中進行多線程處理也很簡單。

      10. 是一種動態(tài)語言  Java是一種動態(tài)的語言，表現(xiàn)在以下兩個方面。  (1) 在Java語言中，可以簡單、直觀地查詢運行時的信息。  (2) 可以將新代碼加入到正在運行的程序中。  1.1.3Java程序的運行機制  在Java中處理代碼的過程如圖1��3所示。  圖1��3Java程序的運行機制  從圖1��3中可以看出，Java源文件名的后綴為.java，通過編譯，生成��.class文件，在計算機上執(zhí)行。此時執(zhí)行��.class的計算機并不是物理上可見的，而是Java自己設計的一臺計算機——Java虛擬機(Java Virtual Machine，JVM)。Java通過JVM進行可移植性操作。  在Java中，所有的程序都在JVM上運行。JVM是在一臺計算機上由軟件或硬件模擬的計算機，它讀取并處理編譯過的、與平臺無關的字節(jié)碼*.class文件。Java解釋器負責將Java虛擬機的代碼在特定的平臺上運行。JVM的基本原理如圖1��4所示。  圖1��4JVM的基本原理  從圖1��4中可以發(fā)現(xiàn)，所有的��.class文件都在JVM上運行，即��.class文件只需要認識JVM，由JVM去適應各個操作系統(tǒng)。如果不同的操作系統(tǒng)安裝了符合其類型的JVM，那么程序無論在哪個操作系統(tǒng)上都可以正確執(zhí)行。  有些讀者可能很難理解以上的解釋。其實這個過程類似于下述情景： 有一位中國富商，同時要和美國、韓國、俄羅斯、日本、法國、德國等幾個國家的客戶洽談生意，可是他不懂這些國家的語言，所以他針對每個國家請了一位翻譯。他只對翻譯說話，不同的翻譯會將他說的話譯給相應的客戶。這樣，富商只需要對各位翻譯說話，就可以同幾個國家的客戶溝通。  【注】 Java的兩種核心機制如下所述。

       (1) Java虛擬機(Java Virtal Machine)，是一臺利用軟件方法實現(xiàn)的虛擬的計算機，具有指令集，并使用不同的存儲區(qū)域，負責執(zhí)行指令，管理數(shù)據(jù)、內(nèi)存、寄存器。對于不同的平臺，有不同的虛擬機。Java虛擬機屏蔽了底層運行平臺的差別，實現(xiàn)了“一次編譯，到處運行”。

       (2) 垃圾收集機制(Garbage Collection)，即回收不再使用的內(nèi)存空間。在C/C++等語言中，由程序員負責回收無用內(nèi)存。Java 語言撤銷了程序員回收無用內(nèi)存空間的責任，它提供一種系統(tǒng)級線程來跟蹤存儲空間的分配情況，并在JVM空閑時，檢查并釋放那些可被釋放的存儲空間。垃圾回收在Java程序運行過程中自動執(zhí)行，程序員無法精確控制和干預。

       1.1.4Java語言的應用領域  Java技術自1995年問世以來，在我國的應用和開發(fā)迅速普及�？傮w來看，主要集中于企業(yè)應用開發(fā)。根據(jù)有關單位調(diào)查顯示，從開發(fā)領域的分布來看，Web開發(fā)占了一半以上，為57.9%；Java ME移動或嵌入式應用占15%；C/S應用占11.7%；系統(tǒng)編程占15.4%。近30%的開發(fā)者用Java從事C/S應用或系統(tǒng)級應用的開發(fā)。  Java語言主要應用在下述幾個領域。

       1. 行業(yè)和企業(yè)信息化  由于Sun、IBM、Oracle、BEA等國際廠商相繼推出基于Java技術的應用服務器以及各種應用軟件，帶動了Java在金融、電信、制造等領域日益廣泛的應用。例如，清華大學計算機系利用Java、XML和Web技術研制開發(fā)了多個軟件平臺，東方科技的Tong Web、金蝶的Apusic、中創(chuàng)的Inforweb 等J2EE應用服務器，以及和佳ERP和寶信ERP等ERP產(chǎn)品，在許多企業(yè)得到應用。

        2. 電子政務及辦公自動化  東方科技、金蝶、中創(chuàng)等公司開發(fā)的J2EE應用服務器在電子政務及辦公自動化中廣泛應用。例如，金蝶的Apusic在民政部、廣東省市工商局應用;東軟電子政務架構(gòu)EAP平臺在社會保險、公檢法、稅務系統(tǒng)應用;中創(chuàng)的Inforweb等Infor系列中間件產(chǎn)品在國家海事局、山東省政府及中國建設銀行、民生銀行等金融系統(tǒng)應用;無錫永中科技基于Java平臺開發(fā)的國產(chǎn)化集成辦公軟件永中Office在一些省、市政府部門應用。

       3. 嵌入式設備及消費類電子產(chǎn)品  無線手持設備、通信終端、醫(yī)療設備、信息家電(如數(shù)字電視、機頂盒、電冰箱)、汽車電子設備等是近年來比較熱門的Java應用領域。在這方面的應用有中國聯(lián)通CDMA 1X網(wǎng)絡中基于Java技術的無線數(shù)據(jù)增值服務——UniJa。

       4. 輔助教學  在輔助教學方面，東南大學與中興通訊公司利用Java語言聯(lián)合開發(fā)了遠程教學系統(tǒng)，用于本地網(wǎng)上教學、課后學習和異地遠程教育；清華大學利用Java語言進行了計算機軟件基礎課教學改革，分析、研究Java教學軟件BlueJ的漢化方案；電子科技大學應用Java RMI技術進行遠程教育；西安電力高等�？茖W校采用Java技術開發(fā)了交互式電站仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)電站鍋爐仿真、鍋爐膛火焰仿真，為實現(xiàn)網(wǎng)上仿真進行了有益的探索。

        1.2Java開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具〖*2〗1.2.1Java開發(fā)環(huán)境一臺計算機上安裝了JVM，即可運行Java程序。但是要開發(fā)Java程序，還需建立Java開發(fā)環(huán)境。不同領域的Java開發(fā)應用所需的版本不同，本書使用Java SE開發(fā)環(huán)境。  1. Java SE的組成  Java SE是一個包含Java開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境的套件，由以下3項組成。

      (1) Java Development Kit(JDK)： Java應用程序開發(fā)環(huán)境。  Java不僅提供了豐富的語言和運行環(huán)境，還提供了一個免費的Java開發(fā)工具集(Java Development Kit，JDK)，以便程序員開發(fā)Java 開發(fā)工具包。Java 2 SDK開發(fā)工具集如表1��1所示。表1��1Java 2 SDK開發(fā)工具集  工具名稱說明JavacJava編譯器，用于將Java源程序編譯成字節(jié)碼JavaJava解釋器，用于解釋、執(zhí)行Java字節(jié)碼Appletviewer小應用程序查看器，用于測試和運行Java Applet程序JavadocJava文檔生成器JdbJava調(diào)試器JavapJava類文件反匯編器JavahC文件生成器，實現(xiàn)在Java類中調(diào)用C++代碼JDK中除了包括Java開發(fā)工具以外，還包括JRE，所以安裝了JDK，就不用單獨安裝JRE了。

        (2) Java Runtime Environment(JRE)： Java應用程序運行環(huán)境，包括Java虛擬機和Java程序所需要的核心類庫等。如果僅需運行開發(fā)好的Java程序，計算機只需要安裝JRE。

        (3) Java Plug�瞚n： Java插件。  JVM、JRE與JDK的關系如圖1��5所示。  圖1��5JVM、JRE與JDK的關系  2. 建立Java SE開發(fā)環(huán)境  步驟1： 安裝JDK(本書使用JDK 1.6版本)。  (1) 準備好JDK的安裝文件jdk��6u18�瞱indows�瞚586se版.exe。從Oracle公司的網(wǎng)站(http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index�瞛sp��138363.html)下載JDK工具包。  (2) 運行.exe文件，安裝JDK。默認安裝在C:\\Program Files\\Java目錄下，本書更改安裝在D:\\Java目錄下。  (3) 按照安裝向?qū)У奶崾�，完成安裝，即可看到如圖1��6所示文件夾。  圖1��6安裝JDK后的文件夾  ① bin： 一些執(zhí)行文件，包括Java的編譯器、解釋器和工具。  ② demo： 各種演示的實例。  ③ lib： 保存的庫文件。  ④ include： Win32子目錄，都是本地文件。  ⑤ jre： Java程序運行環(huán)境的根目錄。  其中，bin文件夾包含將來要使用的各種Java命令，但是這些命令本身并不在Windows環(huán)境之中。要想使用這些命令，必須先在Windows中注冊。  步驟2： 設置環(huán)境變量。  在JDK安裝完畢后，需設置path和classpath這兩個環(huán)境變量。這是程序編譯和運行的重要保證。  path指示Java命令的路徑，如javac、java、javaw等。這樣，在控制臺下面編譯、執(zhí)行程序時就不需要再輸入路徑了。  由于JDK的安裝路徑多次使用，在此先新建環(huán)境變量JAVA_HOME，操作步驟如下。           (1) 選擇“我的電腦”→“屬性”命令，在打開的窗口中選擇“高級系統(tǒng)設置”命令，打開“系統(tǒng)屬性”對話框，如圖1��7所示。             (2) 選擇“高級”選項卡，然后單擊“環(huán)境變量”按鈕，打開“環(huán)境變量”對話框，如圖1��8所示。

        (3) 單擊“系統(tǒng)變量”欄中的“新建”按鈕，彈出“編輯系統(tǒng)變量”對話框。在“變量名”文本框中輸入JAVA_HOME，在“變量值”文本框中輸入C:\\Java\\jdk1.7.0_03，如圖1��9所示。  path環(huán)境變量包含在Windows系統(tǒng)里，修改一下，使其指向JDK的bin目錄，即在“環(huán)境變量”對話框中單擊“系統(tǒng)變量”欄中的“編輯”按鈕，彈出“編輯系統(tǒng)變量”對話框，然后在“變量值”文本框的*前面加上路徑，再用“;”將后面的路徑分隔開，如“%JAVA_HOME%\\bin;”，如圖1��10所示。  注意：  環(huán)境變量的各變量值之間需用分號分隔。  圖1��7“系統(tǒng)屬性”對話框  圖1��8“環(huán)境變量”對話框