Java Me 嵌入式程序设计chap1

第一章
• 当源程序被编译后，必须被预审核器（preverifier） 审核。才能生成可以下载到目标机设备上运行的 类文件。 • 生成的类文件具有一些额外属性；在运行时，使 用该额外属性进行安全检查。具体过程如图1-3所 示。
• 图1-3 在虚拟机和配置中完成的预审核过程
第一章
• （2）应用级别上的安全机制
第一章
• 在配置之上的软件层次是简表（Profiles）， 它是某个行业或者某个领域内的特性概括， 每套简表专门针对某一类设备。例如，移 动电话具有一套简表；PDA也具有一套简 表；数字机顶盒具有另外一套简表。 • 位于最顶层的软件层次是可选包（Optional Packages），如蓝牙通信、无线消息、移 动多媒体和Web服务等。
第一章
• KVM应用于那些电池供电的手持移动设备，如移动电话、 PDA等； • CVM和KVM者适用的硬件资源是前者高后者低，根据不 同的硬件选择不同的虚拟机。KVM在功能上是CVM的子 集。 • 在虚拟机之上的软件层次是配置（Configurations），它 包含一些核心的类库，将具有通用特性的设备组织在一起， 如所有有线连接的设备具有相同的一套配置，相应地，所 有无线连接的设备具有另外的一套配置；所有有稳定而持 续电源供应的设备具有相同的一套配置，类似地，所有依 靠电池供电的设备具有另外的一套配置。
第一章
• 2）KVM（K Virtual Machine） • KVM的最大特点是小而高效，只需要几万字节 的存储空间就可以运行。KVM虚拟机和类库只需 占有K量级的存储空间，即50～80KB，具有较高 的可移植性和可扩展性。KVM是专门执行下载到 低端的CLDC设备上的MIDlet程序。KVM虚拟机 是根据相应的设备完全重新编写的，它不是现有 JVM的改进产品。 • 虽然Sun公司推荐CVM和KVM作为Java ME的虚 拟机，但这不是必需的，实际上，只要满足配置 中的规范定义，通过兼容性测试就可以作为虚拟 机应用在小型设备上。
Java Me 嵌入式程序设计
张家耀主讲
第1章 Java Me概述
• • • • • 本章目标 在阅读完本章后您将了解： Java ME平台的架构； 虚拟机、配置、简表、可选包的详细内容； J2ME的规范。
第一章
• 本章简介 • 本章重点讲解Java ME的体系结构，详细分 析每一个软件层次的组织，明确Java ME的 分层结构自下至上是：操作系统、虚拟机、 配置、简表和可选包。最后介绍相关规范 和API包。
第一章
• Java ME技术是Sun公司Java开发平台之一， 专门针对小型的、资源有限设备的Java应 用程序开发，为开发各种嵌入式设备提供 了标准化平台，它具有良好的可移植性和 开放性。
第一章
• 1.2 Java 平台三种版本 • 根据Sun公司的Sun ONE (Open Net Environment, 开放式网络环境) 的技术体系， Java平台有三个不同的版本，每个版本针 对不同的应用开发者和不同的运行时环境, 即JRE (Java Runtime Environment) • J2EE（Java2 Platform，Enterprise Edition） 专门针对企业级的大中型服务器； • J2SE（Java2 Platform，Standard Edition） 专门针对桌面PC；
第一章
• 仅有类审核机制还不能防范如文件系统、打印 设备、红外传输、本地类库和网络安全等方面的 安全问题。这些问题需要应用级别的安全机制解 决，配置规范规定，java的应用程序只能访问系 统类库、系统资源、部分设备元件（如即插即用 设备）和java运行环境。其实现方法是使应用程 序运行在一个封闭的沙箱（SandBox）环境中， 以保护应用程序。在沙箱中，只有系统已定义的 配置、简表、可选包以及设备支持的一些类可以 被应用程序访问。任何没有预先定义的类库和资 源都不可以访问，以防止程序中的恶义代码对沙 箱以外的资源（如操作系统、硬盘等）非法访问 和破坏。
第一章
• 1.2.2 配置（Configuration） • Java ME支持的硬件有很大的差异，不可能构建一个 适用于所有设备的开发平台，为了满足不同设备的开发需 求，Java ME引入了配置的概念，屏蔽了不同硬件设备的 物理特性。它定义了Java虚拟机类型和一些基础API，当 前Java ME存在两种配置CDC和CLDC。将具有固定连接 的、不间断网络连接的共享连接信息设备，如电视机顶盒 （Set-Top Boxe）,网络电视(Web TV)， 支持Intenet的可 视电话，汽车娱乐/导航系统等归为一类即：连接设备配 置（Connected Device Configuration, CDC）。另一类 是具有间断网络通讯能力的个人移动信息设备，如手机、 双向寻呼机、个人数字助理PDA、销售点终端POS等，为 连接受限设备配置（Connected Limited Device Configuration, CLDC）。 • 我们在编写Java ME的程序之前要根据运行程序的硬件情 况选择合适的配置。
第一章
• J2ME（Java2 Platform，Micro Edition） 专门针对手持电子设备。
• 图1-1 Java版本的应用范围
第一章
• 把Java 平台分成三种版本，使得它能更好的满足不同目 标领域中开发者的需求，使得Java技术保持其“一次编程、 到处运行”精神的同时，在不同领域得到继续发展。图 1_1展示了Java平台的各种版本的关系和它们的目标市场。 • 本书主要讨论Java Me的开发，其他两个版本的Java开发 请参考其他书籍。 • 1.1.2 Java ME体系结构 • Java ME是专门面向小型手持设备应用的软件开发平台， 可以应用到移动电话、个人数字助理（PDA）、网络IP电 话、机顶盒、家庭娱乐多媒体系统、信息家用电器以及车 载导航等系统中。 • 图1-2 J2ME软件的5个层次
第一章
• 对于标准java虚拟机使用的是类审核机制实 现，确保类文件中的字节码及其他对象不 包含非法指令，不会以非法的顺序执行， 不会访问虚拟机以外的非法内存，或地址 段。 • 同样的功能，在移动设备上使用的是与标 准java不同的预审核机制
第一章
• 预审核机制： • 预审核分成运行前和运行时两个阶段。在运行前，编译之 后对类文件通过一次预审查，检查类文件的完整性，确保 类文件中不包含破坏系统安全或违反了Java语言规范的恶 义代码。其主要内容包括： • (1)所有的本地变量在使用之前必须初始化。 • (2)在构造对象时，必须先调用构造函数后使用对象。 • (3)每个对象的构造方法必须先调用父类的构造方法。 • (4)本地变量、实例和静太成员在声明时定义的对象类型必 须和实际赋值的对象类型相一致。 • 上述类的审核机制仅仅是针对外来的类（网上下载的类） 对本地类文件的加载不审核。
第一章
• 1.1 Java ME 平台 • 1991 年， Sun公司中由James Gosling, Bill Joe 等人组成 的Green小组开发了名为Oak的软件，开发的目的是用于 电视等家用电器的嵌入式应用。后来Oak发展成为，Java 发布之后风靡于WWW世界，广泛应用于网络计算。Java 语言的设计特点是简单、安全、易于维护、可移植性强。 它采用了虚拟机技术，把源程序编译成二进制的中间代码， 然后在设备虚拟机上运行，这就是“一次编程、到处运行” 的思想。在Java网络应用大获成功的同时，也面临着更多 设备都要接入互联网这样的挑战。由于众多的接入设备操 作系统不同，输入、输出方式各异，内存和处理机的能力 有限，因此对其可移植性提出了更强的要求。为了解决这 个问题Sun公司推出了Java的微型版，即Java ME（Java 2 Plantform Micro Edition）
第一章
• 沙箱模型实现在封闭环境下保证设备 的安全。该模型实现了应用程序的下载、 安装和管理都不能修改、覆盖或者绕过审 核；只有预定义的类才能被调用；除了系 统类以外，程序只能调用自身的类。 • （3）端对端的安全机制 • 端对端的安全机制主要是指数据传输时的 安全，如数字签名、加密机制等。由于网 络传输不是配置必须支持的功能，这方面 的定义主要放在见表中完成。配置中没有 详细定义。
第一章
• 1.2.3 配置的特性 • （1） 仅定义设备使用到的最小集合的类，从 而占用最少的资源，保持最少的通用特性，但要 适用大量的设备，对于不同能定义可选特性，目的是保证程序的可 移植性。如果包含过多的可选特性，那么将形成 程序员的任意使用，最终造成程序的可移植性差。 • （3）两种配置 • 其中CDC继承大部分的J2SE中的类和包。
第一章
• 1）配置CDC（Connected Device Configuration） • CDC连接设备使用CVM虚拟机，它提供了 可用于行业定义设备简表的虚拟机和基本 类库，它支持浮点数运算、本地进程、高 级多线程、串行化的类、文件系统和J2SE 类型的网络。
第一章
• 2）配置CLDC（Connected Limited Device Configuration） • CLDC连接受限设备使用KVM虚拟机，它面向处 理能力较小的移动设备。在类的集合方面，它只 保留了一些基本的必要类，而不再保留如浮点运 算、错误处理和文件系统等类。但这并不意味着 在CLDC上失去了其他特性，我们可以通过简表 进行补充，有关简表的详细描述请参考后面内容。 •
第一章
• 1.2 Java ME平台的体系结构 • 本节详细地描述Java ME宏观架构中的各层 次，使读者对Java ME有更细致的认识。 • 1.2.1 虚拟机（Virtual Machine） • 如前所述，Java ME包括的虚拟机有两种： CVM和KVM。它们都是应用于小型设备的 Java虚拟机，下面分别介绍这两种虚拟机 的特性。
第一章
• 图1-2 J2ME软件的5个层次 • Java ME面对的是大量不同的设备，这种不同不仅表现为 硬件的结构，更大程度上还表现为功能应用的不同。Java ME在组织这些设备时采用了分层的概念，它将运行在硬 件以上的软件分成5个层次，如图1-2所示。