Java语言概论

第1章

■    Java的发展简史及特点

■    J2SDK的下载与安装

■    Java应用程序的编写

■    Eclipse的下载及使用

■    正确安装使用J2SDK

■    使用记事本开发Java应用程序

■    在Eclipse上建立Java项目(Project)

1.1  工作场景导入

【工作场景】

为系统设计欢迎提示界面，要求如下：显示“HelloWorld”欢迎语，并显示当前的时间，结果如图1.1所示。

图1.1  显示HelloWorld及时间

【工作场景分析】

该应用程序首先需要有输出“HelloWorld,当前的时间为：”的欢迎语，然后另起一行输出当前的时间。所以我们的工作是：先编写源程序，然后编译运行Java应用程序。

【引导问题】

(1)   什么是Java？

(2)   如何下载和安装J2SDK？

(3)   怎样用记事本开发Java程序？

(4)   Eclipse是什么？怎样使用它来编写程序？

(5)   如何编译和运行自己的Java程序？

1.2  Java语言简介

1.2.1  什么是Java

Java是一种简单的、跨平台的、面向对象的、分布式的、解释的、健壮的、安全的、结构的、中立的、可移植的、性能很优异的、多线程的、动态的语言。1995年Sun推出Java语言之后，全世界的目光都被这个神奇的语言所吸引。那么Java到底有何神奇之处呢？

Java语言其实最早诞生于1991年，起初被称为Oak语言，是Sun公司为开发一些消费性电子产品而设计的一个通用环境。最初的目的只是为了开发一种独立于平台的软件技术，而且在网络出现之前，Oak可以说是默默无闻，甚至差点夭折。但是，网络的出现改变了Oak的命运。

在Java出现以前，Internet上的信息内容都是一些死板乏味的HTML文档。这对于那些迷恋于Web浏览的人们来说简直不可容忍。他们迫切希望能在Web中看到一些交互式的内容，开发人员也极希望能够在Web上创建一类无需考虑软硬件平台就可以执行的应用程序，当然这些程序还要有极大的安全保障。对于用户的这种要求，传统的编程语言显得无能为力，而Sun的工程师敏锐地察觉到了这一点，从1994年起，他们开始将Oak技术应用于Web上，并且开发出了HotJava的第一个版本。当Sun公司1995年正式推出Java的时候，几乎所有的Web开发人员都想到：噢，这正是我想要的。于是Java成了一颗耀眼的明星，丑小鸭一下子变成了白天鹅。

1.2.2  Java的特点

1. 平台无关性

平台无关性是指Java能运行于不同的平台。Java引进虚拟机原理，并运行于虚拟机中，实现在不同平台之间，使用Java编写的程序能在世界范围内共享。Java的数据类型与机器无关，Java虚拟机(JavaVirtual Machine)是建立在硬件和操作系统之上的，它实现了Java二进制代码的解释执行功能，提供了不同平台的接口。

2. 安全性

Java的编程类似C++，学习过C++的读者将很快掌握Java的精髓。Java舍弃了C++的指针对存储器地址的直接操作，程序运行时，内存由操作系统分配，这样可以避免病毒通过指针侵入系统。Java对程序提供了安全管理器，防止程序的非法访问。

3. 面向对象

Java吸取了C++面向对象的概念，将数据封装于类中，利用类的优点，实现了程序的简洁性和便于维护性。类的封装性、继承性等有关对象的特性，使程序代码只需一次编写，然后可通过上述特性反复利用。程序员只需把主要精力用在类和接口的设计和应用上。Java提供了众多的一般对象的类，通过继承即可使用父类的方法。在Java中，类的继承关系是单一的、非多重的，一个子类只有一个父类，子类的父类又有一个父类。Java提供的Object类及其子类的继承关系如同一棵倒立的树形，根类为Object类，Object类功能强大，在程序开发中经常会使用到它及其派生的子类。

4. 分布式

Java建立在扩展TCP/IP网络平台上。库函数提供了用HTTP和FTP协议传送和接受信息的方法。这使得程序员使用网络上的文件如同使用本机文件一样容易。

5. 健壮性

Java致力于检查程序在编译和运行时的错误。类型检查能够帮助检查出开发早期出现的许多错误。Java自己操纵内存，减少了内存出错的可能性。Java还实现了真数组，避免了覆盖数据的可能，这些功能特征大大缩短了开发Java应用程序的周期。并且Java还提供了Null指针检测、数组边界检测、异常出口、Byte Code校验等功能。

1.3  Java开发环境的构建

1.3.1  JDK的安装

Sun公司免费提供了Java开发工具包(JavaDevelopment Kit，JDK)。该工具包包含了编译、运行以及调试程序所需要的工具，此外，还提供了大量的基础类库。基础类库是应用开发中的砖和瓦，开发人员只要灵活地使用，就可建造出各种各样的建筑物——应用软件。

Sun公司为不同的操作系统(如Windows、Linux/Unix、Mac OS)提供了相应的Java开发包安装程序。本书中使用Windows操作系统环境下的Java开发包。读者可以登录Sun公司的网站(http://www.sun.com)获取免费的Java开发包安装程序。本书中所给出的例子程序均在版本为1.6.0_10的JDK下运行通过。具体安装过程如下。

(1)   在得到Java开发包后首先需要进行安装。双击Java开发包安装程序，出现的安装界面如图1.2所示。

(2)   安装程序会弹出许可证协议阅读界面，如图1.3所示，阅读相应条款后，单击“接受”按钮继续安装。

图1.2  安装启动界面                    图1.3  许可证协议阅读界面

(3)   用户可以选择安装开发包的部分或全部内容，如图1.4所示。

图1.4  安装内容选择

(4)   如果用户想要更改开发包的安装路径，则单击“更改”按钮，弹出如图1.5所示的对话框。更改了安装路径后，单击“确定”按钮可关闭该对话框。

图1.5  安装路径选择

(5)   在选定了安装内容和安装路径后，单击“下一步”按钮进入正式安装。其他版本的开发包安装过程中除了显示界面略有不同，别的方面类似。

1.3.2  环境变量的设定

设定环境变量的目的是为了能够正常使用所安装的开发包。配置的Java环境变量包括JAVA_HOME、Path和CLASSPATH，其中JAVA_HOME为JDK安装路径(Java安装目录)，CLASSPATH为Java加载类(Class或Lib)路径，Path为Java编译程序和运行程序的目录。

设置环境变量的方法如下。

(1)   在桌面上右击“我的电脑”图标，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，打开“系统属性”对话框，切换至“高级”选项卡，如图1.6所示。

(2)   然后单击“环境变量”按钮，打开“环境变量”对话框。

(3)   新建JAVA_HOME环境变量：单击“新建”按钮，弹出“新建用户变量”对话框，设置变量名为“JAVA_HOME”，变量值为“C:\Program Files\Java\ jdk1.6.0_1”，然后单击“确定”按钮。

(4)   新建CLASSPATH变量：单击“新建”按钮，弹出“新建用户变量”对话框，设置变量名为“CLASSPATH”，变量值为“.;%JAVA_HOME%\lib;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar”，然后单击“确定”按钮。

(5)   编辑Path变量。在“系统变量”列表中双击变量名为path的变量，弹出“编辑系统变量”对话框，在“变量值”文本框中把“%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin”添加在原变量值的开头处，如图1.7所示。

Java环境变量已经设置好了，现在我们可以测试一下。选择“开始”→“运行”命令，在弹出的“运行”对话框中输入“cmd”，单击“确定”按钮，即可进入DOS控制台窗口，如图1.8所示。需要注意的是，用这种方式进入DOS控制台窗口后，当前目录为系统默认目录。如果想转换到其他盘符，例如D盘，可以在提示符后输入“D:”，然后按Enter键即可。

图1.6  “系统属性”对话框               图1.7  编辑环境变量

图1.8  DOS控制台窗口

输入“java”，然后按Enter键，控制台会输出当前所使用的JDK的版本信息，说明我们已经正确地构建好了Java的开发环境。

1.4  第一个Java应用程序

下面开始编写我们的第一个Java应用程序——Hello。

1.4.1  编写源代码

新建一个文本文档，并输入如图1.9所示的源代码。

图1.9  Hello.java文件

代码输入完毕后，取名为Hello.java(注意后缀名是.java而不是.txt，文件名一定要跟类同名)，并存放到一个指定的目录中(如D:\temp\)。

1.4.2  编译源代码

可执行文件javac.exe位于Java安装目录的bin子目录中，称为Java编译器(Java  Compiler——javac名称的由来)，用于对指定的Java源代码进行编译。

进入DOS控制台窗口，把路径转换到“D:\temp\”目录下。如图1.10所示，在命令提示行输入以下命令并按Enter键：

javac Hello.java

图1.10  编译源代码

如果屏幕上没有出现错误提示，则表示已经正常完成了编译工作。查看文件目录，可以发现目录下多了一个Hello.class文件，即编译好的中间字节码(Byte Code)文件。

编译好的中间字节码可以在不同平台的Java虚拟机上运行。正是使用了这种将源代码编译成中间字节码状态的技术，使得Java具备了跨平台的能力。

1.4.3  运行程序

可执行文件java.exe同样位于Java安装目录的bin子目录中，称为Java解释器，用于对指定的Java中间字节码进行解释并加以执行。

在命令提示行输入以下命令并按Enter键：

java Hello

Java解释器将对中间字节码Hello.class进行解释并执行，该程序的运行结果是在屏幕上输出“Hello, 这是我的第一个Java程序！”，如图1.11所示。

图1.11 运行结果

1.5  使用Eclipse开发工具

1.5.1  Eclipse简介与安装

Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。Eclipse附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具，还包括插件开发环境，这个组件主要针对希望扩展Eclipse的软件开发人员，因为它允许开发人员构建与Eclipse环境无缝集成的工具。

Eclipse软件包可以到官方网站http://www.eclipse.org/downloads/下载，它可以安装在各种操作系统上，在Windows下安装Eclipse时，除了需要Eclipse软件包之外，还需要Java的JDK来支持Eclipse的运行。此外，还要设置相关环境变量。Eclipse的安装非常简单，属于绿色软件，不需要运行安装程序，不需要往Windows的注册表写信息，只要将Eclipse压缩包解压后，就可以运行Eclipse。

(1)   解压。首先把eclipse-SDK-3.4.1-win32.zip压缩包解压到一个本地目录(例如D盘目录D:\eclipse)，然后双击此目录中的eclipse.exe文件，即可打开Eclipse。Eclipse的启动画面如图1.12所示。

(2)   弹出Workspace Launcher对话框，选择或新建一个文件用于保存创建的项目，如图1.13所示。

(3)   设置好后单击OK按钮，打开Eclipse工作界面，如图1.14所示。

图1.13  WorkspaceLauncher对话框              图1.14  Eclipse工作界面

1.5.2  使用Eclipse开发Java项目

(1)   新建Java项目。打开Eclipse后，在菜单栏中选择File→New→Other命令，如图  1.15(a)所示。在弹出的New对话框中，选择Java Project选项，单击Next按钮，如图1.15(b)所示。在已进入的New Java Project界面中，从Project name文本框中输入项目名称“example”，如图1.15(c)所示。

(a) 命令选择                                 (b) New对话框

(c) 设置项目名称

图1.15  新建Java项目

(2)   新建Java类。在example项目上右击，在弹出的快捷菜单中选择New→Class命令，如图1.16(a)所示。打开New Java Class对话框，在Name文本框中输入类名“Hello”，并且设置包名为“com.wdf”，然后选中publicstatic void main(String[] args)复选框，单击Finish按钮，如图1.16(b)所示。

(a) 命令选择                        (b) 设置包名和类名

图1.16 新建Java类

(3)   Eclipse会自动生成代码框架，如图1.17所示。

(4)   我们只需在main方法中写入代码即可，如图1.18所示。

图1.17  Eclipse自动生成代码框架

图1.18  在main方法中写入代码

(5)   在默认设置下，Eclipse会自动在后台编译，先将它保存，然后在菜单栏中选择  Run→Run As→JavaApplication命令，即可在Eclipse的控制台看到输出结果。

1.6  回到工作场景

通过对本章的学习，读者已经能够编写、编译和运行Java程序了。下面就回到本章开头的问题。

分析：首先根据需求分析，编写源程序，然后编译调试成功，最后分析结果。下面分为3个工作过程来进行我们的开发工作。

【工作过程1】编写源程序

首先我们应该根据需求编写源程序。

(1)   根据题意，输出“HelloWorld, 当前的时间为：”的欢迎语。调用System.out.println()可以向控制台输出我们想要的结果。

程序中只要实现下面的语句即可：

System.out.println("HelloWorld,当前的时间为：");

(2)   输出当前的时间需要调用日期类，我们可以使用下面的方法调用：

SimpleDateFormat format = newSimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

format.setLenient(false);

System.out.println(format.format(new Date()));

详细代码实现如下：

import java.text.SimpleDateFormat;

import java.util.Date;

public class HelloWorld {

/**

* author:wonderful

*/

public static voidmain(String[] args) {

// TODO Auto-generatedmethod stub

System.out.println("HelloWorld,当前的时间为：");

SimpleDateFormat format=

newSimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

format.setLenient(false);

System.out.println(format.format(newDate()));

}

}

【工作过程2】编译源程序

现在我们已经写好源程序了，下面用javac命令编译HelloWorld.java文件为HelloWorld.class文件：

javac HelloWorld.java

【工作过程3】运行结果

用java命令运行HelloWorld.class文件：

java HelloWorld

运行结果如图1.19所示。

1.7  工作实训营

1.7.1  训练实例

1. 训练内容

使用记事本编写程序，要求能在控制台打印出如下图形：

*

***

*****

***

*

2. 训练目的

熟练掌握记事本的使用。

理解Java的编译和运行过程。

掌握Java的控制台打印输出。

3. 训练过程

(1)   在MyFirstProject.java文件中写入：

package com.wdf;

public class MyFirstProject {

/**

* author:wonderful

*/

public static voidmain(String[] args) {

// TODO Auto-generatedmethod stub

System.out.println("  *");

System.out.println("***");

System.out.println("*****");

System.out.println("***");

System.out.println("  *");

}

}

(2)   编译MyFirstProject.java文件：

javac com\wdf\MyFirstProject.java

得到MyFirstProject.class文件。

(3)   运行java MyFirstProject，其输出结果如图1.20所示。

4. 技术要点

(1)   Java中的注释：

l  单行注释：//...

l  多行注释：/* ...*/

l  文档注释：/** ... <p>(换行标签)*/

用javadoc命令可以根据原码中的文档注释生成注释文档(HTML格式)：

javadoc -d 路径 (指定注释文档的保存路径)

在文档注释中，可以使用HTML标签。文档注释一般写在类定义之前、方法之前、属性之前。

(2)   Java程序的运行过程首先是启动Java虚拟机，然后根据类名去找.class文件，先是从系统的类库中找，如果找不到的话，就会到CLASSPATH所设置的目录中去找。然后加载到Java虚拟机中。

(3)   Java语句以分号分隔，Java代码块包含在大括号内，忽略空格。

标识符使用规则如下：

l  标识符用以命名类、方法和变量以及包，遵守Java的命名规范，除方法和变量外，类中的每个单词都以大写字母开头。方法和变量的第一个字母不大写。

l  只能以字符、“_”或“$”开头。

l  无长度限制。

(4)   Java源文件的文件名必须与文件中定义public class的类名相同。

Java源代码中的main方法的定义写法。main方法是程序的入口：

public static void main(String[] args){

System.out.println("Helloworld");

}

Java源文件也要先编译，使用javac xxx.java格式的命令来编译，使用java xxx来运行。定义包结构要放在有效代码的第一行，package xxx.xxx，包的定义在一个程序中只能有一 个，在加上包定义之后，编译可以使用“javac -d 路径 xxxx.java”，这个-d命令行的参数可以指定包结构的位置。“.”代表当前目录。在运行时要使用类的全名。

1.7.2  工作实践和面试中常见问题解析

【问题1】JVM加载class文件的原理和机制是什么？

【答】JVM中类的装载是由ClassLoader和它的子类来实现的，JavaClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件。它负责在运行时查找和装入类文件的类。

【问题2】一个“.java”源文件中是否可以包括多个类(不是内部类)？有什么限制？

【答】可以包含多个类。必须有且只有一个类名与文件名相同。

【问题3】什么是Java、Java 2、JDK？

【答】Java是一种通用的、并发的、强类型的、面向对象的编程语言。

Java 2就是Java 1.2以后的版本。

JDK是Sun公司分发的免费Java开发工具包，正式名称为J2SDK(Java 2 Software Develop Kit)。

【问题4】什么是JRE/J2RE？

【答】J2RE全称是Java 2 Runtime Environment，即Java运行环境，有时简称JRE。

如果只需要运行Java程序或Applet，下载并安装JRE即可。

如果要自行开发Java软件，请下载JDK。在JDK中附带有JRE。

注意：由于Microsoft对Java的支持不完全，请不要使用IE自带的虚拟机来运行  Applet，务必安装一个JRE或JDK。

【问题5】学习Java用什么工具比较好？

【答】建议首先使用JDK+文本编辑器(如记事本、UltraEdit)，这有助于理解下列几个基础概念：Path、Classpath、Package，并熟悉基本命令javac和java。可同时下载与JDK版本一致的API帮助。如果不确定类或函数的用法，请先查阅API。

当熟悉Java之后，可以考虑开始使用一个IDE。推荐使用Eclipse、NetBeans。Eclipse是免费的、插件化的，下载网址是http://www.eclipse.org。

【问题6】我写了第一个Java程序，应该如何编译/运行？

【答】首先请将程序保存为xxx.java文件，注意可能需要修改文件后缀名。然后在DOS窗口下使用javacxxx.java命令，此时会发现该目录下多了一个xxx.class文件，再使用javaxxx命令，Java程序就开始运行了。

习题

1. 选择题

(1)   在Java中，负责对字节代码解释执行的是      。

A. 垃圾回收器            B.虚拟机                    C.编译器            D.多线程机制

(2)          是Java调试器，如果编译器返回程序代码的错误，可以用它对程序进行调试。

A. java.exe                   B. javadoc.exe              C.jdb.exe              D. javaprof.exe

(3)   下列代码的执行结果是      。

public class Test

{

public int aMethod()

{

static int i = 0;

i++;

System.out.println(i);

}

public static voidmain(String args[])

{

Test test = new Test();

test.aMethod();

}

}

A. 编译错误                B.0                             C. 1               D. 运行成功，但不输出

(4)   下列描述中，错误的是      。

A. Java要求编程者管理内存                           B.Java的安全性体现在多个层次上

C. Applet要求在支持Java的浏览器上运行   D. Java有多线程机制

(5)   JDK中提供的文档生成器是      。

A. java.exe                   B. javap.exe                 C. javadoc.exe              D. javaprof.exe

(6)   在Java语言中，不允许使用指针体现出的Java特性是      。

A. 可移植                   B.解释执行                      C.健壮性            D.安全性

(7)   设有如下程序：

public class Test2005 {

public static voidmain(String args[]){

String s = "Test";

Switch(s) {

case "Java":System.out.print("Java");

break;

case "Language":System.out.print("Language");

break;

case "Test":System.out.print("Test");

break;

}

}

}

其运行结果是      。

A. Java                        B. Language                 C. Test                  D. 编译出错

(8)   Java语言使用的字符码集是      。

A. ASCII                     B.BCD                       C. DCB                D. Unicode

(9)   Java语言具有许多优点和特点，下列选项中，      反映了Java程序并行机制的   特点。

A. 安全性                   B.多线程                   C.跨平台            D.可移植

(10) 关于下列程序段的输出结果，说法正确的是      。

public class MyClass {

static int i;

public static voidmain(String argv[]) {

System.out.println(i);

}

}

A. 有错误，变量i没有初始化。                    B. null

C. 1                                                               D. 0

2. 填空题

(1)   Java源文件中最多只能有一个____类，其他类的个数不限。

(2)   Java语言用____进行解释执行。

3. 编程题

(1)   参考训练实例，编写一个程序，要求程序运行后在屏幕上输出：

*********************************

This is my first java program!

*********************************

(2)   编写一个程序，从命令行接收4个参数，并将接收的4个参数打印输出到屏幕。

(3)   下面的程序试图在屏幕上输出字符串“This ismy first java program!”(不包括引号)，观察该程序的编译出错信息，并根据出错信息的提示修改程序，使其能正确运行。

public class Simple {

public static voidmain(String []args) {

System.out.println(Thisis my first Java program!");

}

}