第1章JAVA语言概述

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Java面向对象程序设计
第 1 章 JAVA语言概述
1996年Java第一次发布就引起了人们的
极大兴趣。 Java以其固有的可靠性与安
全性不仅令Java程序员放心，也令用
Java程序的用户放心。它内建了对网络
编程、数据库连接、多线程等高级程序
设计任务的支持。对于程序设计人员来
说，使用Java无疑是一个好的选择。
通过本章的学习，你将了解以下内容：

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Java语言的产生
Java语言的特点
Java运行环境
Java开发环境
初步了解Java程序
1.1 Java语言的产生
JAVA是由美国Sun公司1995年发布的，
其前身是名叫Oak的软件，是一种面向对
象的程序设计语言。因其具有跨平台型、
面向对象、安全性高等特点非常符合互
联网的需要 ，所以一经问世就引起计算
机行业的革命。业界一般认为：B语言导
致了C语言的诞生，C语言演变出了C++
语言，而C++语言将让位于Java语言。
1.1.1 现代编程语言：C语言
1989年12月，美国国家标准化组织（ANSI）制定了C语言的标准，
C语言被正式标准化。许多人认为C语言的产生标志着现代计算机
语言时代的开始。C语言是功能强大、高效的结构化语言，简单易
学，而且还有一个更重要的特点：它是程序员自己的语言。
1.1.2 面向对象程序设计语言：C++
1979年，当Bjarne Stroustrup在新泽西州的Murray Hill实验
室工作时，发明了C++。C++通过增加面向对象的特性扩充了C。
C++不仅具有C语言的所有优点，而且突破程序代码行的限制，
帮助程序员理解并管理更大的程序。
1.1.3 互联网与Java
在经历了以大型机为代表的集中计算模式和以PC机为代表
的分散计算模式之后，互联网的出现使得计算模式进入了网
络计算时代。网络计算模式的另一个特点是代码可以通过网
络在各种计算机上进行迁移，这就迫切需要一种跨平台的编
程语言，使得用它编写的程序能够在网络中的各种计算机上
能够正常运行，Java就是在这种需求下应运而生的。
1.2 Java语言的特点
1. 简单、面向对象和为人所熟悉
Java采用的是相对简单的面向对象技术，去掉了运算符重载、多继承的复
杂概念，而采用了单一继承、类型强制转换、多线程、引用（非指针）等方式。
无用内存自动回收机制也使得程序员不必费心管理内存，是程序设计更加简单，
同时大大减少了出错的可能。
2. 健壮并且安全
作为一种强制类型语言，Java在编译和连接时都进行大量的类型检查，
防止不匹配问题的发生。在Java程序中不能采用地址计算的方法通过指针访
问内存单元，大大减少了错误发生的可能性；而且Java的数组并非用指针实
现，这样就可以通过检查避免数组越界的发生。无用内存自动回收机制也增
加了Java的健壮性。
3.结构中立并且可以移植
任何种类的计算机，只有在其处理器和操作系统上有Java运行时
环境，字节码文件就可以在该计算机上运行。 Java运行时系统可以移
植到不同的处理器和操作系统上。
4.高性能
Java字节码格式的设计就是针对机器码的转换，实际转换时相当
简便，自动的寄存器分配与编译器对字节码的一些优化可使之生成
高质量的代码。随着Java虚拟机的改进和"即时编译"（Just In Time）
技术的出现，使得Java的执行速度有了更大的提高。
5.解释执行、多线程并且是动态的
(1) 全局变量
Java程序不能定义程序的全局变量，而类中的公共、静态变量就相当
于这个类的全局变量。这样就使全局变量封装在类中，保证了安全性，
(2) 条件转移指令
C/C++语言中用goto语句实现无条件跳转，而Java语言没有goto语
言，通过异常处理语句try、catch、finally来取代之，提高了程序的可读
性，也增强了程序的健壮性。
(3)指针
指针是C/C++语言中最灵活，但也是最容易出错的数据类型。在Java
中，程序员不能进行任何指针操作，同时Java中的数组是通过类来实现的.
(4)内存管理
在Java中，所有的数据结构都是对象，通过运算符new分配内存
并得到对象的使用权。
(5) 数据类型的一致性
在Java中，对数据类型的位数分配总是固定的，而不管是在任何的
计算机平台上。因此就保证了Java数据的平台无关性和可移植性。
(6)类型转换
Java语言中系统要对对象的处理进行严格的相容性检查，
防止不安全的转换。
(7) 头文件
Java不支持头文件，类成员的类型和访问权限都封装在一个类中，
运行时系统对访问进行控制，防止非法的访问。同时，Java中用
import语句与其它类进行通信，以方便访问其它类的对象。
(8)结构和联合
JAVA通过类把数据结构及对该数据的操作都封装在类里面。
(9)预处理
Java不支持宏定义在多线程机制中，不同的线程处理不同的
任务，互不干涉，不会由于某一任务处于等待状态而影响了其它任
务的执行，这样就可以容易的实现网络上的实时交互操作 .
1.3 Java运行环境
3.1 Java虚拟机
Java虚拟机是软件模拟的计算机，可以在任何
处理器上（无论是在计算机中还是在其它电子
设备中）安全并且兼容的执行保存在.class文件
中的字节码。Java虚拟机的“机器码”保存
在.class文件中，有时也可以称之为字节码文件。
Java程序的跨平台主要是指字节码文件可以在
任何具有Java虚拟机的计算机或者电子设备上
运行，Java虚拟机中的Java解释器负责将字节
码文件解释成特定的机器码运行。但Java虚拟
机不是跨平台的。在UNIX、Linux、windows和
部分实时操作系统上可以有Java虚拟机的实现。
1.3.2 无用内存自动回收机制
在程序的执行过程中，部分内存在使用过后就
处于废弃状态，如果不及时进行无用内存的回
收，就会导致内存泄漏，进而导致系统崩溃。
在C＋＋语言中是由程序员进行内存回收的，
程序员需要在编写程序的时候把不再使用的对
象内存释放掉；而在Java运行环境中，始终存
在着一个系统级的线程，专门跟踪内存的使用
情况，定期检测出不再使用的内存，并进行自
动回收，避免了内存的泄露，也减轻了程序员
的工作量。
1.3.3 代码安全性检查机制
字节码的执行需要经过三个步骤，首先由类装载器
（class loader）负责把类文件（.class文件）加载到
Java虚拟机中，在此过程中需要检验该类文件是否符
合类文件规范；其次字节码校验器（bytecode verifier）
检查该类文件的代码中是否存在着某些非法操作，例
如applet程序中写本机文件系统的操作；如果字节码校
验器检验通过，由Java解释器负责把该类文件解释成
为机器码进行执行。Java虚拟机采用的是“沙箱”运
行模式，即把Java程序的代码和数据都限制在一定内
存空间里执行，不允许程序访问该内存空间外的内存，
如果是applet程序，还不允许访问客户端机器的文件系
统。
1.4 Java开发环境
Java不仅是编程语言，还是一个开发平台，
Sun公司把Java平台划分成J2EE、J2SE、J2ME
三个平台，针对不同的市场目标和设备进行定
位。Java技术给程序员提供了许多工具：编译
器、解释器、文档生成器和文件打包工具等等。
同时Java还是一个程序发布平台，有两种主要
的“发布环境”，首先Java运行时环境（Java
runtime environment，简称JRE）包含了完整
的类文件包，其次许多主要的浏览器都提供了
Java解释器和运行时环境。
J2EE是Java2 Enterprise Edition，主要目
的是为企业计算提供一个应用服务器的
运行和开发平台。
J2SE是Java2 Standard Edition，主要目
的是为台式机和工作站提供一个开发和
运行的平台。我们在学习Java的过程中，
主要是采用J2SE来进行开发。
J2ME是Java2 Micro Edition，主要面向消
费电子产品，为消费电子产品提供一个
Java的运行平台，使得Java程序能够在
手机、机顶盒、PDA等产品上运行。
1.4.1 JDK的下载和安装
1. 在浏览器中输入http://Java.sun.com/，可以看到下图所示的
Sun公司网站页面。
2. 在页面右边Popular Download栏中可看到最新版的SDK软
件包。单击“Java SE”超链接，可看到下图所示页面。
3. 单击“Download”按钮，出现下图；选中
“Accept License Agrement”单选按钮。
JDK有两种安装方式，一种是在线安装（Windows Online Installation）；另
一种是离线安装（Windows Offline Installation）。这里我们选择离线安装，
单击“Windows Offline Installation Multilanguage”，下载“jdk-6-windowsi586.exe”到本地磁盘保存。
4. 运行下载“jdk-6-windows-i586.exe”软件包，将会出
现一个“许可证协议”的界面，如下图所示，单击“接
受”按钮继续，按照安装提示进行安装即可。
为JDK指定安装目录，默认是“C:\Program Files\Java\jdk1.6.0\”，
如果你想修改安装路径，就单击“更改”按钮。如下图所示，安装
路径选择好后，按“下一步”按钮继续。
同时，安装程序允许选择要安装的组件。如下图
所示，在想安装的组件前面单击鼠标进行选择。
可选组件包括：
开发工具—Java（TM）SE Development Kit6，包括专用的JRE6，必选组件。
演示程序及样例—包含源代码的小程序和应用程序的演示和样例，可选组件。
源代码—构成Java公共API的类的源代码，可选组件。
公共JRE—独立JRE。任何应用程序均可使用此JRE。此JRE向浏览器和系统注册
Java插件和Java Web Start。可以单独将其从JDK中卸载，建议选中。
选择完合适的安装组件后，单击“下一步”按钮。显示如下界面：
最后，单击“完成”按钮，JDK安装结束。
JDK包含了编写、运行Java程序所需要的工具：Java基本组件、库、
Java编译器、Java解释器、小应用程序浏览器，以及一些用于开发
Java应用程序的工具。其核心Java API是一些预定义的类库，开发人
员需要用这些类来访问Java语言的功能。JDK 6的目录结构如下图所
示：
bin子目录
开发工具，指工具和实用程序，可帮助你开发、执行、
调试和保存以Java编程语言编写的程序。
jre子目录
运行时环境，包含Java虚拟机、类库以及其他文件，
可支持执行以Java编程语言编写的程序。
lib子目录
附加库，开发工具需要的附加类库和支持文件。
demo子目录
演示applet和应用程序，带有源代码的Java平台编程
实例，包括使用Swing和其他Java基类的示例。
include子目录 C头文件，支持使用Java本机界面及Java 2平台的其
他功能进行本机代码编程的头文件。
src子目录
（位于src.zip中）组成Java 2 核心API所有类的Java
编程语言源代码。此源代码仅用于提供信息，以便帮
助开发者学习和使用Java编程语言。
1.4.2 JDK环境变量的设定
安装完JDK（JDK6）后，
需要设置计算机系统的
环境变量。本机使用的
是Windows XP操作系
统，设置JDK环境变量
的步骤如下：
1. 选中“我的电脑”，
右击选择“属性
（R）”，如下图所示。
2. 在弹出的“系
统属性”对话框
中选择“高级”
选项卡，单击
“环境变量
（E）…”按钮，
如下图所示。
3. 在“用户变量”选项区域中选择Path变量，然后单击“编辑”按
钮，出现“编辑用户变量”，在“变量值”文本框中插入
“C:\Program Files\Java\jdk1.6.0\bin；”，如下图所示。
4. 用同样的方法设置环境变量classpath，其值为
“.;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0\lib”（包括
两项：当前目录以及JDK附加库，当前目录用分号前
面的点表示，分号后是JDK附加库）。如果用户变量
列表中没有classpath，单击“新建”按钮创建新的
用户变量classpath。
5. 设置完成后，单击“开始”->“所有程序”->“附
件”->“命令提示符”打开Dos窗口，在命令提示符
下输入“Java”或“Javac”回车后，如果出现其用
法参数提示信息，则配置正确，如下图所示。
1.4.3 Eclipse的下载、安装及汉化
Eclipse是一个非常优秀的集成开发环境， Eclipse是一个用于构建
Web和应用程序开发工具的平台，它本身并不是提供大量的最终
用户功能，而是通过插件来快速开发集成功能部件。下面简单介
绍Eclipse的下载及安装过程，
1. 下载英文版Eclipse。进入Eclipse的官方网站
http://www.eclipse.org，下载最新的Eclipse 3.x，单击“All
versions”可以看到以往的所有版本。我们下载的文件是eclipse-SDK3.2.2-win32.zip 。
2. 下载Eclipse多语言包。在“All versions”页面可以看到
“3.2.1_Language_Packs”，单击这个链接进入下载页面，只需要
把NLpack1-eclipse-SDK-3.2-win32.zip 下载下来，因为这个语
言包包含了简繁中文。
3. 安装英文版Eclipse。Eclipse是绿色软件，不用复杂的安装过程，
只需点击下载文件eclipse-SDK-3.2.2-win32.zip，解压到指定盘
符下，例如“C:\”，即可完成英文版Eclipse的安装。后进入
Eclipse目录，双击eclipse.exe就可以使用，不过这时启动的是英
文版。当然前提是已正确安装了JDK，推荐JDK5.0及其以上。
Eclipse的目录结构如下图所示：
4．中文版的安装。中文版必须在英文版安装完成后再安装。
如果使用的是Windows XP，中文版安装过程如下，在eclipse文件夹下，
新建language和links文件夹，把汉化包NLpack1-eclipse-SDK-3.2win32.zip里面eclipse文件夹中的两个文件夹featuresp和plugins复制到
eclipse\language里面；在links文件夹里用记事本写
path=C:\\eclipse\\language（这是本机的安装路径，大家写路径就根据
自己放的位置改），并保存为language.link。
如果使用的是Windows 2000及以上的版本，中文版安装过程就比较简单，
直接把汉化包NLpack1-eclipse-SDK-3.2-win32.zip解压到eclipse文件夹中，
覆盖两个同名文件夹featuresp和lugins 即可。
5．启动Eclipse，双击
eclipse文件夹下面的
eclipse.exe执行文件，即
可启动Eclipse，这时会出
现一个很酷的月食画面，
如下图所示。
再设定工作目录后，Eclipse
会显示它的缺省用户界面，注
意这时是中文见面，如下图所
示。
1.5 初步了解Java程序
Java程序分为Java application（Java 应用程序）
和Java applet（Java小应用程序）两种。
1. 5.1 第一个Java Application
在Java中，程序都是以类的方式组织的，Java源文件都保存在
以Java为后缀的.Java文件当中。经编译后生成的每个可运行的
程序都是一个类文件，或者称之为字节码文件，保存在.class文
件中。而作为一个Java application，类中必须包含主方法，
程序的执行是从main方法开始的，方法头的格式是确定不变的：
public static void main(String args[])
其中关键字public意味着方法可以由外部世界调用。main方法
的参数是一个字符串数组args，虽然在本程序中没有用到，但是
必须列出来。
System.out.println(“欢迎你学习Java语言！”)，在屏幕上打
印“欢迎你学习Java语言！”文字。
下面让我们编写一个Java应用程序，它能够利用来自Java标准库的
System对象的“println”方法，在屏幕上打印“欢迎你学习Java语
言！”。
* @(#)Hello.Java
1.00 07/03/05
*
* Copyright (c) 青岛滨海学院 计算机科学技术系
* 山东青岛经济技术开发区 嘉陵江西路425号.
* All rights reserved.
*
* 下面程序利用Java标准库的System对象的“println”方法，
* 在屏幕上打印“欢迎你学习Java语言”。
*/
package Java.bh;
/**
*Hello.Java.
*
* @version
1.00 15 Mar 2007
* @author
Liu qingwu
*/
public class Hello {
/**
* ...缺省构造函数...
*/
public Hello() {
}
/**
* ..主方法（程序执行入口）...
*/
public static void main(String[] args) {
System.out.println(“欢迎你学习Java语言！”);/* 在屏幕上打印“欢迎你学习Java语言”..*/
}
}
1.5.2 使用记事本和JDK命令行工具编写Java程序
集成开发环境对于编写简单的程序来说显得有点笨重，
而且使用它们速度比较慢，需要高性能的计算机。对
于初学者来说，使用简单编辑工具以及JDK自带的命令
行工具进行简单程序设计培养良好的编程习惯有很大
帮助。
1. 使用记事本编辑
源程序
（Hello.java）。
2. 使用Java编译器（javac.exe），将Hello.java编译器成
字节码文件Hello.class。
3. 使用Java解释器（java.exe）解释执行Hello.class字节
码文件，如下图所示。
1.5.3 使用Eclipse中的JDT编写Java程序
“Java开发工具”（JDT）
是随Eclipse平台一起交
付的全功能的Java IDE。
JDT是对Eclipse工作台的
一组扩展，它允许用户
编辑、编译和运行Java
程序。下面通过创建上
述的Java项目，简单介
绍JDT的基本功能及使用
方法。启动Eclipse后：
1. 选择“文件（F）”菜单>“新建（N）”->“项目
（R）”，选择“Java”>“Java项目”，如下图所示。
2. 单击“下一步”，出现如下图所示的画面。在此画面
的“项目名”文本框中输入项目名“lecture”。项目内容
建议选择“使用缺省值（D）”。
3. 单击“完成”后，就在Eclipse上的“Java”透视图的
“包资源管理”视图中看到新创建了一个名为
“lecture”的项目。
4. 选中“lecture”项目，选择菜单中的“文件（F）”->“新建
（N）”->“类”。
5. 在弹出的新建Java类窗口里输入类的名称“Property”。然后，
通过在“你想创建哪些方法存根？”的复选框里选中“public
static void main(String[] args)”的选项来自动创建一个main方
法，如下图所示。
6. 单击“完成”后，一个Java编辑窗口就会被打开，如
下图所示。
7. 接下来在新
打开的编辑窗口
内，出入
Hello.java的程
序代码。JDT提
供代码辅助功能
及快速修正功能
大大提高编程效
率。
8. 修改“Hello.java”程序，可单击“保存”按钮或者按
“Ctrl+S”键保存程序，Eclipse将自动编译“Hello.java”，
并在“资源”透视图中的“lecture”项目下自动生成
“Hello.class”，如下图所示。
9. 选择“运行（R）”->“运行为（S）”>“Java应用程序”来执行程序并注意观察控制台
的输出信息，如下图所示。
本章小结
本章介绍了Java语言起源、产生的时代背景；
介绍了Java语言的特点以及Java运行环境的组
成及相关概念；Java开发环境的搭建，能够分
别使用记事本和JDK命令行工具和Eclipse集成
开发环境进行简单程序设计；主要任务是了解
Java的基本特点，掌握如何下载JDK软件包，
如何设置Java程序的开发环境，如何运行Java
程序，了解Java的概貌，为后续章节的学习做
好准备。