第1章 Java简介

第1章Java简介

Java编程应用范围广泛，而且随着语言本身以及关联的函数库的增长，Java的应用领域仍然在不断扩展。自从发布以来，Java作为一门面向对象的语言已成为Internet编程、跨平台应用以及教学中的首选语言。这其中有三个原因：Java与生俱来的系统无关的特性、Java语言的简单性和强大，以及Java作为工具可以有效并轻松实现的编程任务的广泛性。对于主要的应用程序开发，Java是许多程序员的选择。与其它语言相比，Java能提供便捷的开发和维护优势。此外，还有在各种计算机和操作系统中不用修改代码即可运行的内在能力。使用Java可以做到更多、更快、更容易。

1.1 Java概览

Java是一门具有创新性的编程语言，对于必须在各种不同计算机系统中运行的程序来说，它已经成为首选语言。首先，Java允许编写很小的称为applet的小程序。这些小程序可以嵌入到网页中来提供一些功能。将可执行代码嵌入到网页中能提供各种各样令人兴奋的可能性。不用被动地展示文本和图形，网页能够以想要的方式进行交互，其中包括动画、游戏和交互式事务处理——几乎涵盖所有可能。

当然，将程序代码嵌入到网页中也产生了特殊的安全需求。当Internet用户访问一个嵌入了Java 代码的网页时，必须确信这不会干扰到该用户计算机的操作或者损坏该用户系统中的数据。这意味着必须控制嵌入代码的执行过程并阻止对计算机环境的意外损坏，并且确保任何恶意的Java代码都会被有效的禁止。Java会通过隐式地检测来减少在Java applet中发生这种情况的可能性。

Java对于Internet和基于网络的应用程序的支持并不仅仅限于applet。例如，Java Server Pages(JSP)提供了一种创建服务器应用程序的强大方法，所创建的服务器应用程序可以动态地创建针对收到的特殊请求而精确定制HTML页面并将其下载到客户端。当然，由JSP产生的页面本身也可以包含Java applet。

Java也允许编写大规模应用程序，不用修改就能在任何拥有支持Java的操作系统环境的计算机上运行。这适合当今绝大多数计算机。有一条杜撰的标语描述了Java的跨平台特性，“一次编写，任意运行”，它充分地说明了这种情况。程序可在个人计算机(Personal Computer, PC)上进行代码开发，然后在一个支持Java的手机上运行。甚至能编写同时作为一般应用程序和applet运行的程序。

Java在最近几年发展得日益成熟。由标准核心Java提供的函数范围增长巨大。Java提供了复杂的用于创建含有交互式图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)的应用程序的工具，广泛的图像不仅仅能在Java中有效编写任何类型的应用程序，而且还有可完全移植的隐含优势。

当然，Java仍然在发展壮大。最新的Java开发工具包JDK7，添加了很多新的工具，包括新的语言特性以及对支持库的显著提升。

1.2 Java语言的特性

Java最重要的语言特性是它最初时就设计为与机器无关。不用修改就能在任何支持Java的机器和操作系统组合中运行Java程序。当然，由于最终依赖于每种机器上的Java实现，因此还是有很小的机率会出现奇怪的小问题，但是Java程序的可移植性在本质上仍然比使用其它语言编写的程序好。使用Java编写的应用程序只需要单个的源代码语句集合，而不用管运行它的不同计算机平台的多寡。对于任何其它编程语言，尤其是当包含广泛的图形用户界面时，应用程序都经常需要裁剪源代码以适应不同的计算机环境。在开发、支持和维护在多个不同的硬件平台和操作系统上运行的主要应用程序时，Java能节省大量的时间和资源。

也许Java第二个最重要的特性是面向对象(object-oriented)。编程中使用面向对象的特性是所有Java程序的一个隐式特性。面向对象的程序更容易理解，并且相对于没有利用对象的优势编写的程序，所需的维护和扩展时间更少。

Java不仅仅面向对象，而且也避免了在某些面向对象语言中遗留的一些复杂和困难之处，使得它易学易用。基本上，Java没有其它一些编程语言中的陷阱和圈套。这缩短了学习周期，而且只需要更少的实际编码经验就能增加能力和信心。这也使得测试Java代码更加容易。

Java内置支持各国字符集的功能。如果熟悉对应的语言，在希腊或日本编写Java程序将和在英语国家一样容易。甚至可以从最初就编写程序使之能自动适应代码执行的具体环境，从而支持不同国家的语言。

1.3 学习Java

学习Java并不难，但是包含的内容很多。虽然Java语言很强大，但是它也十分紧凑，所以了解Java语言所花费的时间比想象的要少。但是，比起其它语言，学习Java需要的时间更多。为了能在Java中有效执行程序，需要明白该语言附带的库，因为这些库非常广泛。熟悉开源项目也很重要，尤其是Apache团队开发的那些项目。

1.3.1 Java程序

之前已经提过，使用Java语言可以编写两种基本程序。嵌入到网页中的程序叫做Java applet，而通常的独立程序叫做Java应用程序。可以进一步将Java应用程序分为控制台应用程序和窗口应用程序，前者只支持将字符输出到计算机屏幕（例如：控制台输出通常输出到装有Microsoft Windows 的PC机的命令行界面中）；而后者可以创建和管理多个窗口，而且使用典型的基于窗口的程序中的GUI机制——菜单、工具条、对话框，等。

学习Java语言基础时，使用控制台应用程序作为示例来帮助理解程序的运行方式。某些应用程序使用简单的命令行进行输入和输出。使用该方法可以专注于理解语言的独特之处，而不必担心任何创建和管理窗口的复杂性。在熟悉使用Java语言的所有特性之后，可以转而学习基于窗口的应用程序和Java applet示例。

1.3.2 Java学习路线图

在开始一个旅程前，最好有明确的目标和路线，所以下面先看看学习Java的简要路线图。学习Java的过程中将会经历以下7个主要阶段：

⑴第1个阶段是学习本章。本章解释与Java程序结构相关的一些基本概念及其工作原理，这包含面向对象编程简介以及从Java源文件创建可执行程序的过程。从最初就理解这些概念会让编写Java程序变得更加容易。

⑵接下来，第2到第4章将解释如何整合语句，介绍在程序中用于存储基本数据的工具、执行计算的方法以及基于计算结果进行决策的方法。这些都是进行下一阶段所必备的基础。

⑶在第3阶段，即学习第5章和第6章，将学习类——包括定义和使用它们的方法。类是对象的蓝图，所以这个阶段会学习Java的面向对象特性。完成该阶段之后，应该能学会有关Java语言工作方式的所有基础知识，以便能进一步学习其应用方法。

⑷在第4阶段，即第7到第12章，将学习处理错误和读写文件的方法。当然，文件输入/输出是大多数应用程序的必备功能。

⑸第5阶段由第13到第15章组成。这些章解释泛型类的定义方法，它们是创建相似类集合的蓝图。同时也会学习一些支持库的使用类和功能，这些支持库可以应用到很多不同程序环境中。

⑹第6阶段，也就是第16到第21章，这个阶段将详细学习如何实现一个带有图形用户界面的

应用程序或applet，以及在这种环境中处理用户交互操作的方法。这相当于应用由Java类库提供的GUI功能。这个阶段也将学习管理并执行Java程序线程的方法，这是高效GUI编程的基础。这一阶段完成时，应该能用Java自己编写完全成熟的应用程序和applet。

⑺在最后一个阶段，将学习Extensible Markup Language，即XML，这是一个强大的工具，用于表示从一台计算机传输到另一台计算机的数据。这个阶段将在一个实际环境中应用Java对XML 的支持类来读写XML文件。

本书一直使用完整的例子来探讨Java的工作方式。所有这些例子应该都能创建并运行，即使是最简单的，也最好自己输入。不必害怕对此进行实验。如果有任何不明白，可以修改一个例子来看结果，或者更好的办法是——自己编写例子。如果对于一些已使用的Java某方面的工作方式不确定，不要马上去查找——尝试一些例子并且看是否能够找出来。犯错误是一种非常有效的学习方法。

1.4 Java环境

您可以在使用了不同操作系统的多台计算机上执行Java程序。Java程序在一台装有支持任何版本的Microsoft Windows操作系统的PC机上的运行状况会和在一台Linux或Sun Solaris工作站上一样好。之所以这样，是因为Java程序不是直接在计算机上执行，而是在名为Java 2 Platform的标准化环境中运行，该平台作为软件以Java运行环境(Java Runtime Environment,JRE)的形式在非常广泛的计算机和操作系统中都得到了实现。Java Platform包含两部分——名为Java虚拟机(Java Virtral Machine,JVM)的用软件实现的假想计算机和Java应用编程接口(Java Application Programming Interface,Java API)。后者是一系列软件组件集合，提供编写完全成熟的交互式Java应用程序所需的工具。

Java编译器(Java Compiler)将编写的Java源代码转换为一个由字节码(bytecode)组成的二进制程序。字节码是针对JVM的机器指令。当执行一个Java程序时，名为Java解释器(Java Interpreter)的程序会检查字节码，并且进行解释和检查以确保没有被篡改且可以安全执行，然后在JVM中执行字节码中所含的操作。Java解释器可以独立运行，也可以作为Web浏览器的一部分，例如Google Chrome、Mozilla Firefox 或Microsoft Internet Explorer，这些浏览器能自动调用它以在网页中运行applet。

Java程序由于是由字节码而不是由本地机器指令组成，因此与运行的具体硬件完全隔离。任何实现Java环境的计算机都可以和其它计算机一样处理Java程序，而且Java解释器因为位于程序和物理机器之间，所以还可以阻止执行程序中非授权的操作。

之前，虽然满足执行Java程序的灵活性和对程序的保护要求，但速度上存在缺陷。一个解释过的Java程序的运行速度只有使用本地机器指令的同类程序速度的1/10。但是在现在的Java机器实现中，很多的性能缺陷已经消失，而且非计算密集型的程序本来就很难察觉到这一点。如果使用Oracle网站上由当前Java 2开发工具包提供的JVM，和编译成本地机器代码的程序相比，只有在很少的情况下会察觉到有性能下降。

1.4.1 Java程序开发

学习Java 7需要安装Java 2 Platform、Standard Edition(J2SE) version 7或更高版本。JDK可以从https://www.360docs.net/doc/f315610006.html,/technetwork/java/javase/downloads/index.html获得。可以从针对Solaris、Linux和Microsoft Windows的不同JDK版本中进行选择，而且还支持32位和64位操作系统环境的版本。

1. 使用程序代码编译器

为创建可以在JDK中使用的Java程序源文件，需要一个代码编译器。有很多非常不错的专业

的Java 代码开发工具，它们提供友好的环境来创建和编辑Java源代码，并能编译和调试程序。这些强大的工具对于有经验的程序员而言，能够提高生产率并且提供多方面的调试功能。但是，对于使用本学习Java而言，推荐暂时压制冲动，不要使用其中任何一种编译器。

这里之所以建议最好不要使用一个能使编程更加容易和快速的工具，是因为首先，专业的开发系统会隐藏许多细节，如果打算对Java的工作机制有个全面了解，那么这些细节是您应该掌握的。其次，专业的开发环境适用于管理复杂的含有大量代码的应用程序，这会引入一些最好在学习过程中不需要遇到的复杂内容。事实上，所有的商业Java开发系统都提供它们自己预置的工具来加速开发。虽然这有助于产品程序开发，但是的确不利于学习Java。而且商业Java开发工具支持的产品特性有时候会绑定某个特定版本的Java 2 Platform，这意味着可能无法使用最新版Java的一些特性。提供交互式开发环境(Interactive Development Environment，IDE)的专业Java开发工具主要针对博学且经验丰富的程序员，所以在读到本书结尾时可开始使用其中一个。

推荐坚持使用Oracle的JDK7和一个简单的程序文本编辑器或开发环境来创建和管理源代码。有很多合适的共享软件和免费软件（代码编辑器），其中一些专门针对Java，所以找到一个应该不难。这里有两个特别的建议：、

●https://www.360docs.net/doc/f315610006.html,的JCreator编辑器十分不错，而且容易安装。有一个免费版本(JCreator LE)，

和一个含有更多功能的付费版本。免费版本对于学习已经完全是够，但是当到达本书结尾时可能想要升级到付费版本。

●Notepad++是一个运行在Microsoft Windows环境中的免费源代码编辑器，可以从

https://www.360docs.net/doc/f315610006.html,下载。支持Java语法高亮显示并且十分便于编辑XML文件。

●推荐NetBeans IDE，可以从https://www.360docs.net/doc/f315610006.html,下载，这也是免费的。这是一个复杂的专业的

交互式开发环境，不仅支持Java，而且还支持其它一些编程语言。然而，它很容易使用并且含有关于各方面的在线文档。如果计划使用其它语言来进一步编程，很有可能会发现NetBeans IDE也支持它们。

不管选择使用何种代码编辑器，推荐只使用最简单的项目创建选项。尤其是当在使用本书进行操作时，应当避免使用提供预置框架程序代码的任何项目类型。通过亲自编写所有代码，可以使学习经验最大化。当然，在消化所有内容之后，可以使用一个专业开发工具的全部功能来提高Java程序开发能力。

调查寻找其它可用编辑器的一个好地方是https://www.360docs.net/doc/f315610006.html,网站。

2. 安装JDK

为特定操作系统安装JDK的详细说明可以从JDK下载网站获得，网址为https://www.360docs.net/doc/f315610006.html,/technetwork/java/javase/downloads/index.html。但是应该注意一些安装文档可能会漏掉的内容。

首先，JDK和文档是分离的，而且是分开安装。如果硬盘空间有限，那么不必安装文档，因为可以在线访问。JDK在线文档当前的地址是https://www.360docs.net/doc/f315610006.html,/jdk7/docs/api，但是可能会改变。下载的JDK文档包含一个ZIP归档文件，其中包含大量按等级组织的HTML文件。应该在解压归档文件之前安装JDK。如果在Windows操作系统的C盘中安装JDK，将会创建如图1-1所示的文件夹结构。

图 1-1

该结构出现在C:\Program Files\Java 目录下（如果是在一个64位Windows 7版本上安装32位版本的JDK ，将会出现在C:\Program Files(x86)\Java 目录下）。在图1-1中，jdk 1.7.0目录有时候也被称为Java 根目录；在某些环境中，它也被称为Java 主目录。实际的根目录名称可能会附加上发布版本号，例如在这种情况下实际的目录名称是jdk 1.7.0_01，图1-1展示了根目录下的基本子目录。

Sample 目录包含了使用JNLP 的示例应用程序，JNLP 是指Java Network Launching Protocol ，用于在一个网络服务器中执行应用程序或applet ，但不需要浏览器，也不需要下载和安装代码。

对于这些目录中的大多数来说，不需要担心它们的内容，至少开始时不用。安装过程应该会将jdk

1.7.0_n\bin 目录的路径加入到PATH 环境变量定义的路径中，这使得不用为编译器和解释器设定路径就可以在任何地方运行它们。如果将JDK 安装在C 盘，路径就是C:\Program Files\Java\jdk 1.7.0_n\bin 。

注意，如果之前安装过商业的Java 开发产品，请检查确保它没有修改PATH 环境变量以包括它自己的Java 可执行程序。如果它的确这样做了并且该路径在JDK 7的路径之前，那么在运行Java 编译器或解释器时，会使用由商业产品提供的版本而不是使用JDK 7自带的版本。一种修正的办法是删除导致问题的路径。如果不想删除为商业产品插入的路径，就必须使用全路径设定来运行来自JDK 的编译器和解释器。

jre 目录包含执行Java 程序时将要用到的Java 运行时环境(Java Runtime Environment,JRE)工具。Java 库中的类存储在jre\lib 目录下。它们并不会单个出现。它们都被打包并存放在归档文件rt.jar 中。不必理会这一点。JRE 会在程序执行时确保提取所需的类。

CLASSPATH 环境变量经常让Java 新手出现问题和产生困惑。当前的Java 不需要定义CLASSPATH ，而如果一些其它的Java 版本或系统已经定义过它，那么可能导致问题发生。检查系统中是否已经定义CLASSPA TH 。如果需要保持CLASSPA TH 环境变量——可能因为要保存定义它的系统或是因为要与其它需要它的人共用该机器——就必须在每次编译或执行Java 代码时使用一个命令行选项来暂时定义CLASSPATH 。在本章稍后可以看到这样的做法。

如果需要将JDK 文档安装在图1-1所示的目录结构中，就应该从归档文件将文档解压到jdk 1.7.0_n 根目录下。这会在根目录下创建一个新子目录docs （也有可能是docs_www ），并且在其中安装文档文件。只需要打开docs 子目录中的index.html 文件就可以查看文档。 根目录 包含一个zip 文件，其中包 含用于标准库类的源代码 编译器 子目录，包含 用于本地代 JNLP 示例 Java 运行时 可执行文件使 解释器+ 示例代码 码的头文件 用的文件 其它可执 行文件 用于运行时的 类库 可执行文件

jdk 1.7.0_n （n 是版本号） bin demo include sample bin lib lib jre