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Chap1 Java语言概述 吕强 lv_ 教学内容及重难点 1.1 Java语言的产生及其特点 1.2 Java运行环境与开发环境 1.3 Java程序举例 1.4 其他集成开发环境 1.5 总结 1.6 思考题 教学内容及重难点 1.1 Java语言的产生及其特点 1.2 Java运行环境与开发环境 1.3 Java程序举例 1.4 其他集成开发环境 1.5 总结 1.6 课后作业 1.1 Java语言的产生及其特点 1.1.1 Java语言发展简史 1.1.2 Java虚拟机 1.1.3 Java平台是不断扩展的计算平台 1.1.4 Java语言的特点 1.1.5 Java与C/C+语言的异同 1.1.1 Java语言发展简史 一个公司：Sun Microsystems Inc. 一个项目：Green 一个人：James Gosling 一个故事： Java coffee 爪哇咖啡 Sun公司 公司名： Sun Microsystems 成立时间：1982年 成立地点：美国斯坦福大学校园 总部地点：美国加利福尼亚州圣克拉拉市 创始人：维诺德科斯拉、 安迪贝托尔斯海姆、 比尔乔 伊、 斯科特麦克尼利 口号：The Network is the Computer网络就是计算机 上市： 1986年，NASDAQ标识为SUNW，2007年改为 JAVA 产业：计算机系统、软件 产品：服务器、 工作站、 数据存储设备、 服务 员工数：29,000 (2009) 母公司：甲骨文公司(2009年4月20日，Oracle以总价74 亿美元收购Sun) Green 1990年，Sun公司开始组建团队研究“Green”项目， 目的 是开发嵌入家用电器的分布式软件系统，使电器更加智能 化。Sun认为计算机技术发展的一个趋势是数字家电之间 的通讯。 James Gosling是该团队负责人，在研发过程中 ，Gosling深刻体会到消费类电子产品和工作站产品在开 发哲学上的差异：消费类电子产品要求可靠性高、费用低 、标准化、使用简单，用户并不关心CPU的型号，也不欣 赏专用昂贵的RISC处理器，他们需要建立在一个标准基 础之上，具有一系列可选的方案，从8086到80586都可以 选取。 Green项目一开始准备采用C+语言，但是考虑到C+语 言太复杂，而且安全性差，于是决定基于C+语言开发一 种新的Oak语言。这个名字得自于Gosling想名字时看到了 窗外的一棵橡树， Oak就是Java的前身。 James Gosling James Gosling (詹姆斯高斯林) 先生出生于加拿大的一个小村庄 ，1983年他获得了美国卡耐基 梅隆大学的计算机学博士学位， 毕业后曾经效力于IBM，后转而 加盟Sun。他是SunNeWs窗口 系统的总设计师，也是第一个用 C实现的EMACS的文本编辑器 COSMACS的开发者。 在“Green”项目中，James Gosling开始负责为设备和用户 之间的交流创建一种能够实现网 络交互的语言。这种语言在 1992年9月3日开始应用于Sun工 作站的远程遥控。1995年5月， Sun公司正式发布Java编程语言 及平台，由此引发全球Java开发 与应用的热潮。从此，James Gosling先生也多了一个“Java之 父”的称号。 Java ONE 大会 美国旧金山时间2005年6月28日上午，在由全球 10000多名开发人员出席的“2005 Java One开发 者大会”上，Sun公司董事长兼首席执行官Scott McNealy先生向Java技术发明者、Sun公司副总 裁James Gosling先生颁发了“终身成就奖”，这不 仅是Sun公司对James Gosling先生十多年来创新 性工作的充分肯定，同时更是Java经济全社会对 James Gosling先生的十年贡献的肯定与感谢。经 过十年的发展，Java技术已经成为世界上最卓越 的企业应用和移动应用开发平台之一，历史上从 没有过像Java这样的平台能够如此广泛地被应用 ，目前全球Java经济价值已经超过1,200亿美元。 Java得名由来 Java的取名有一个趣闻。据说，有一天，几位 Java成员组的会员正在讨论给这个新的语言取什 么名字，当时他们正在咖啡馆喝着Java咖啡（ Java，即爪哇，是印尼位于太平洋上一个盛产咖 啡的岛屿的名字）。有一个人灵机一动说，就叫 Java怎样，这得到了其他人的赞赏。于是，Java 这个名字就这样传开了。 Java语言的徽标就是 “一杯香浓的热咖啡” 的图片 1.1.1 Java语言发展简史 年份Java发发展历历史 1995Java语言诞生 1996JDK1.0 发布，10个最主要的操作系统供应商申明将在其产品中支持Java技术 1997JDK1.1 发布 1998 JDK1.1下载量超过200万次， JDK1.2（称Java 2）发布，JFC/Swing技术发布， JFC/Swing被下载了50多万次 1999Java被分成J2SE、J2EE和J2ME，JSP/ Servlet 技术诞生 2000JDK1.3 发布, JDK1.4 发布 2001Nokia公司宣布到2003年将出售1亿部支持Java的手机，J2EE1.3发布 2002J2SE1.4发布。至此Java的计算能力有了大幅度提升。J2EE SDK的下载量达到200万次 20035.5亿台桌面机上运行Java程序，75%的开发人员将Java作为首要开发工具 2004 J2SE1.5发布，这是Java语言在发展史上的又一里程碑事件。为了表示这个版本的重要性 ，J2SE 1.5更名为J2SE 5.0 2005 Java One大会召开，Sun公司公开Java SE6。此时，Java的各种版本被更名，取消其中的 数字“2 ”：J2EE更名为Java EE, J2SE更名为Java SE, J2ME更名为Java ME 今天 Java语言及平台成功地应用在网络计算及移动等各应用领域，比如移动电话 、个人电脑、 跨国金融系统和卫星通讯等。全球运行Java的设备已达到30亿，Java开发人员超过450万 ，基于Java技术的智能卡达10亿，基于Java技术的手机达7.08亿，采用Java技术的PC机达 7亿，Java社区进程成员达912个，运营商们部署Java平台140多个 Scott McNealy Scott McNealy （司考特麦克尼利 ）是Sun公司的共同创始人之一。 McNealy于1984年开始担任Sun公 司CEO，带领Sun走上了持续增长 的道路。在快速发展而又难以预料 的IT行业中，McNealy以其独到的 战略眼光和敏锐的商业洞察力成为 业界最具影响力、最常被人提及的 领导者之一。McNealy关于计算的 见解经常准确地预测了行业的发展 趋驱势。10多年来，McNealy 一直 在演进Sun的理念“网络就是计算 机”。商业周刊最近就撰文称 ：“Sun之星从未遥不可及， McNealy的计算构想也从不曾失约 。” McNealy毕业于哈佛大学，获经济 学学士学位，之后获得斯坦福大学 MBA学位。McNealy两年的斯坦福 大学经历造就了一个今天广为人知 的企业Sun。 1.1.2 Java虚拟机 Java虚拟机(Java Virtual Machine, JVM)是软件模拟的计 算机，可以在任何处理器上安全并且兼容的执行保存在 .class文件中的字节码，无论是在计算机中还是在其它电 子设备中 Java程序的跨平台特性主要是指字节码文件可以在任何具 有Java虚拟机环境的计算机或者电子设备上运行。Java虚 拟机中的Java解释器（java.exe）负责将字节码文件解释 成为特定的机器码并执行。但是，Java虚拟机的建立需要 针对不同的软硬件平台做专门的实现，既要考虑处理器的 型号，也要考虑操作系统的种类。目前在SPARC结构、 X86结构、MIPS和PPC等嵌入式处理芯片上，在UNIX、 Linux、Windows和部分实时操作系统上都实现了Java虚 拟机。 JVM是对底层硬件系统的封装 1.1.3 Java是不断扩展的计算平台 Java平台 企业计算: Java 2 Enterprise Edition (J2EE) 桌面计算: Java 2 Standard Edition (J2SE) 嵌入计算: Java 2 Micro Edition (J2ME) 为了满足不同应用领域的需求，Java提供了许多 API（Application Programming Interface），这 些API分成以下三大类 Java Core API，由Sun制定的基本API，任何Java平台 都必须提供 Java Standard EXtension API(javax)，由Sun制定的 扩充API，Java平台可以选择性地提供或加装 厂商或组织所提供的API，由各家公司或组织所提供 1.1.3 Java是不断扩展的计算平台 J2EEJ2SEJ2ME 1.1.4 Java语言的特点 Sun发布Java语言时提出了Java具有11个特点： 简单、 面向对象、分布式、解释型、 健壮、安全 、结构中立、可移植性、高性能、多线程、动态 最大的特点： Write Once, run anywhere JVM屏蔽了底层硬件平台的差异，提供字节码的 运行环境 Bytecode JVM CPU JVM的作用 1.1.4 Java语言的特点 Java垃圾收集机制 Java语言使用new运算符来分配内存空间，没有 动态内存分配的概念 Java系统线程自动处理无用内存空间的垃圾收集 Java程序员只能建议，但不能强制JVM去执行垃 圾收集程序，使用下面的代码： java.lang.System.gc() ，或者 java.lang.Runtime.gc() Java程序的运行过程 HelloWorldApp.java HelloWorldApp.class javac java 跨平台 不跨平台 1.1.5 Java与C/C+语言的关系 Java语言是一种功能强大的语言，几乎没有一点含混的特 征。 C是面向过程的语言，C+安全性不好，但C和C+ 已经被大家所接受和熟悉，所以Java使用了类似于C/C+ 的语法，但去除了C/C+中许多不合理的内容，以实现其 简单、健壮、安全等特性。下面列出几点主要的区别： 1) 不再有全局变量 2) 不再有操作符重载(Operator Overloading) 3) 不再有structure结构、union联合、typedef 4) 不再有#include和#define等预处理功能 5) 不再有函数、指针和多重继承 6) 不再有goto语句 7) 取消自动类型转换，要求强制转换 8) 自动进行内存管理 教学内容及重难点 1.1 Java语言的产生及其特点 1.2 Java运行环境与开发环境 1.3 Java程序举例 1.4 其他集成开发环境 1.5 总结 1.6 课后作业 1.2 Java运行环境与开发环境 1.2.1 Java运行环境 1.2.2 Java开发环境 1.2.3 JDK开发环境命令介绍 1.2.1 Java运行环境 如果只想运行别人的Java 程序，可以只安 装JRE （ Java Runtime Environment， Java 运行环境）。JRE 由Java 虚拟机、 Java 的核心类、以及一些支持文件组成。 可以登录Oracle公司的网站 免费下载Java 适 合自己操作系统的JRE安装包 1.2.2 Java开发环境 Sun公司为所有的Java程序员提供了一套免 费的Java开发和运行环境Java Development Kit (JDK) ，在JDK中包含了 JRE。JDK在不断更新中，版本从1.1、1.2 、1.3、1.4、5.0到6.0，目前最新的版本是 7.0 可以登陆Oracle公司的网站 /technetwork/cn/ind exes/downloads/index.html 免费下载适合 自己操作系统的JDK开发包安装程序，例如 jdk-6u27-windows-i586.exe JDK、JRE和JVM三者的关系 JDK：包含Java运行的基本类库和 开发命令，安装JDK可以进行完整 的Java开发 JRE：包含Java运行的基本类库和 一些运行命令，安装JRE可以运行 编译好的Java程序 JVM：Java语言内部运行的核心 JDK JRE JVM 1.2.2 Java开发环境 1) 安装JDK 安装的时候可以选择安装到任意的硬盘驱 动器上，例如安装到D:jdkjdk6目录下。正 确安装后，在JDK目录下有bin、demo、lib 、jre等子目录，其中bin目录保存了javac、 java、javadoc、jar等命令文件，demo目录 保存了许多java的例子，lib目录保存了Java 的类库文件，jre目录保存的是Java的运行 时环境所需文件 1.2.2 Java开发环境 1.2.2 Java开发环境 2) 环境变量的设置 设置环境变量的目的是为了能够正常使用所安装的JDK开 发包。通常，我们需要设置三个环境变量：JAVA_HOME 、PATH 和 CLASSPATH。 JAVA_HOME：JDK安装目录 该环境变量的值就是 JDK安装的目录。一些 Java 版的软 件和一些 Java 的工具需要用到该变量。设置 PATH 和 CLASSPATH 的时候，也可以使用该变量以方便设置。 PATH：系统搜索命令路径 该环境变量指定一个路径列表，用于搜索可执行文件。执 行一个可执行文件时，如果该文件不能在当前路径下找到 ，则依次寻找 PATH 中的每一个路径，直至找到。如果找 完 PATH 中的路径也不能找到，则报错。Java 的编译命 令 (javac)，执行命令 (java) 和一些工具命令 (javadoc, jdb 等) 都在其安装路径下的 bin 目录中。 1.2.2 Java开发环境 CLASSPATH：Java搜索类文件路径 该环境变量也指定一个路径列表，是用于搜索 Java 编译或者运行时需要用到的类。在 CLASSPATH 列表中除了可以包含路径外，还可 以包含 .jar 文件。Java 查找类时会把这个 .jar 文 件当作一个目录来进行查找。通常，我们需要把 JDK 安装路径下的 jrelibrt.jar 包含在 CLASSPATH 中。 1.2.2 Java开发环境 环境变量的设置方法： 对于Window2000/NT/XP操作 系统，用鼠标右键点击“我的电 脑”，弹出菜单，然后选择属性 ，弹出“系统属性”对话框，再单 击该对话框中的高级选项，然 后点击按钮“环境变量”，添加如 下的系统环境变量 安装完成后，可以在命令行窗 口中运行: java version 来测试 安装是否成功 1.2.2 Java开发环境 3) 安装Java帮助文档 由于JDK的安装程序中并不包含帮助文档， 因此必须从Sun的网站上下载帮助文档，然 后进行安装。可以通过网址： 下载帮助文档到本 地硬盘，例如 jdk-6u25-fcs-bin-b04-apidocs-04_Apr_2011.zip 通常解压在JDK所在目录的docs子目录下 面。用浏览器打开docs子目录下的 index.html 文件就可以阅读到该帮助文档的 首页 1.2.2 Java开发环境 1.2.3 JDK开发环境命令 这些命令包含在JDK 安装目录中，如 D:jdkjdk6bin，并可 以在任何目录中运行 ，前提是正确设置了 环境变量路径PATH 常用命令的用法在后 面的举例中讲解 基本命令名称说说明 javac编译 器 java解释器 appletviewer小应用程序浏览 器 jar 制作可执行的JAR 文件包 javadoc文档生成器 javap类文件反汇编 器 jdbJava语言调试 器 javah C语言头文件生成 器 教学内容及重难点 1.1 Java语言的产生及其特点 1.2 Java运行环境与开发环境 1.3 Java程序举例 1.4 其他集成开发环境 1.5 总结 1.6 课后作业 1.3 Java程序举例 Java程序分成三类: Application（应用程序） Applet（小程序） Servlet（服务器端程序） 其中，应用程序在计算机中单独运行，而小程序 只能嵌在HTML网页中运行，这需要一些网页知 识。Servlet是运行在服务器端的小程序，它可以 处理客户传来的请求（request），然后传给客户 端响应（response）。 本节的例子将采用Notepad作为程序的编辑器， 然后在JDK6.0平台下运行 1.3.1 简单的Java应用程序 例1-1：程序要求命令行窗口中显示“Hello World！”信息 首先新建一个文件并将该文件命名为HelloWorldApp.java ，其源程序如下图所示： 1.3.1 简单的Java应用程序 将该文件保存在usertongxun10chap01下 ，然后编译、运行，步骤与结果如下： 对例1-1的说明 1) 编译时需要输入完整的Java文件名，如 HelloWorldApp.java，生成同名的class文件 HelloWorldApp.class 2) 运行时只需输入文件主名，不需要输入扩展名，即 HelloWorldApp 3) Java程序中可以定义多个类，但是每个类文件中只能 包含一个与文件主名同名的公开类，称该公开类为起始类 ，表明程序从该类开始运行 4) 公开类名需要与文件主名相同，而且大小写敏感，因为 Java解释器要求公开类类名必须与文件主名相同，否则出 错 5) 保留字class来声明一个类，其类名为HelloWorldApp， 它是一个公开类(用public修饰)。整个类定义由大括号 括 起来 对例1-1的说明 6) 每个类中可以包含多个方法，但是只能包含一 个main()方法，该main()方法作为程序的入口 7) 在main()方法的定义中，public表明该方法的访 问权限为公开，可以被任何类调用；static表明该 方法是一个类方法，可以通过类名来直接调用； void则表明该方法没有返回值 8) main方法的参数是括号中的String args，它 是一个字符串类型的数组，名为args，用于接收 命令行参数。参数可以为0个或多个，多个参数间 用空格隔开。参看TestArgs.java 对例1-1的说明 9) 在main()方法的方法体中，只有一条语句：System.out.println(Hello World!); 它用来实现字符串的输出，这条语句实现与C语言中的printf语句和C+中 cout语句相同的功能。其中，System是一个系统提供的类，out是类中一 个变量，该变量表示系统标准输出流，是一个类变量。“.”表示引用类中的变 量或方法。 10) 三种类型的注释 单行注释 / comments 多行注释：注释内容可以为一行或多行 / * comments line 1 comments line 2 */ 文档注释：可以使用JDK的javadoc工具从原文件中抽取这种注释形成程序的帮助 文档 /* comments line 1 * comments line 2 * * comments line n */ 1.3.2 简单的Applet小程序 Applet称为小应用程序，一般是在支持Java的Web浏览器 中运行。 Applet程序通过特定的HTML标签嵌入到HTML 页面，它们都保存在服务器上，当用户访问页面时，随页 面下载到本地，由浏览器加以执行。 例1-2：Applet的编写与执行。程序功能是在浏览器中显 示“Hello World in Applet!”。程序源码如下： 对例1-2的说明 1) import语句用来输入java.awt和java.applet下所 有的包，使得该程序可以使用这些包中所定义的 类。 import语句类似于C中的#include语句 2) 声明一个公共类HelloWorldApplet，用extends 指明它是Applet的子类 3) 在类中重写父类Applet的paint()方法，其中参 数g为Graphics类，它表明当前作画的上下文 4) 在paint()方法中，调用g的方法drawString()， 在坐标(20,20)处输出字符串“Hello World in Applet!”，其中坐标单位是像素。 1.3.2 简单的Applet小程序 这个程序中没有实现main()方法，这是Applet小程序与应用程序 Application运行机制的主要区别之一。为了运行该程序，首先对它进 行编译： javac HelloWorldApplet.java 得到字节码文件HelloWorldApplet.class 编写文件ExampleApplet.html，把该Applet嵌入其中，然后用 appletviewer来运行该HTML文件或者在支持Java的浏览器上运行 appletviewer ExampleApplet.html 运行结果如下所示。 1.3.3 Servlet Java Servlet和Java Applet正好是相对应的 两种程序类型。Applet运行在客户端，在浏 览器内执行，而Servlet在服务器上运行， 通过客户端提交的请求启动运行，并将结 果还回给客户端或调用它的程序。 进一步学习，请参考本教案的第17章相关 内容。 教学内容及重难点 1.1 Java语言的产生及其特点 1.2 Java运行环境与开发环境 1.3 Java程序举例 1.4 其他集成开发环境(IDE) 1.5 总结 1.6 课后作业 1.4 其他集成开发环境 常用的Java项目开发环境很多，而且还在 不断变化中。主要有Eclipse 、JBuilder、 Sun Java Studio、IntelliJ IDEA、Java Workshop、NetBeans IDE、Gel+J2SDK 、JCreator +J2SDK、JDK+记事本、 EditPlus+J2SDK等等。上节中的例子就是 采用的“JDK+记事本”的环境。针对不同的 软件系统规模和不同的应用领域，可以采 用适合自己开发的工具。下面将介绍三款 流行的开发工具 1.4 其他集成开发环境 (1) GEL GEL为用户提供了相当强大的功能，例如项目管 理功能，项目模板功能，可个性化设置语法高亮 属性、行数、类浏览器、标签文档、多功能编绎 器，向导功能以及完全可自定义的用户界面。 GEL小巧，同时很好的支持汉字。与JDK完美无 逢集成。缺点是只能进行简单的程序开发，不能 进行企业J2EE的开发应用。非常适合初学者学习 使用Java。 其下载地址为 /download.html。目前 最新版本为Gel version 1.0 RC39, 4.3MB。其开 发界面如图 1.4 其他集成开发环境 1.4 其他集成开发环境 (2) JBuilder JBuilder是一款大型的Java集成开发环境，它能满足很多方面的应用 ，尤其是对于服务器和EJB开发。 JBuilder支持最新的Java技术，包括Applet、JSP/Servlets、 JavaBean以及EJB(Enterprise JavaBeans)的应用。 用户可以自动地生成基于后端数据库表的EJB Java类，JBuilder同时 还简化了EJB的自动部署功能.此外它还支持CORBA，相应的向导程 序有助于用户全面地管理IDL(分布应用程序所必需的接口定义语言， Interface Definition Language)和控制远程对象。 JBuilder 加速了企业JavaBeans、WEB服务器、XML、移动产品和数 据库应用开发，双向可视化设计工具和迅速调用J2EE应用服务器， 这些应用服务器包括BEA WebLogic, IBM WebSphere, Sybase EAServer, JBoss, 和 integrated Borland Enterprise Server。拥有创新强大的JavaServer Faces, Struts, 和 Web服务设 计工具，支持JDK 5.0 (J2SE 5.0), UML代码可视化，分布式因子分 解，代码审核，企业单位测试，支持多语控制系统。 1.4 其他集成开发环境 JBuilder能用Servlet和JSP开发和调试动态Web 应用。 利用JBuilder可创建纯Java2应用。由于JBuilder 是用纯Java语言编写的，其代码不含任何专属代 码和标记，它支持最新的Java标准。 JBuilder拥有专业化的图形调试界面，支持远程调 试和多线程调试，调试器支持各种JDK版本，包 括J2ME/J2SE/J2EE。 JBuilder环境开发软件很方便，它是纯的Java 开 发环境，适合企业的J2EE开发；缺点是往往一开 始人们难于把握整个程序各部分之间的关系，对 机器的硬件要求较高，内存开销大，这时运行速 度显得较慢。其开发界面如图1-16。 1.4 其他集成开发环境 1.4 其他集成开发环境 (3) Eclipse Eclipse是一种可扩展的免费开放源代码IDE。2001年11月，IBM公司 捐出价值4,000万美元的源代码组建了Eclipse联盟，并由该联盟负责 这种工具的后续开发。集成开发环境(IDE)经常将其应用范围限定在“ 开发、构建和调试”的周期之中。为了帮助集成开发环境(IDE)克服目 前的局限性，业界厂商合作创建了Eclipse平台。Eclipse允许在同一 IDE中集成来自不同供应商的工具，并实现