JAVA教程.docx

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JAVA教程

第一章：

Java开始

学习目标

⏹Java技术的组成

⏹Java虚拟机的主要功能

⏹JAVA内存垃圾自动回收机制

⏹运行代码的步骤

⏹编写、编译并运行简单Java应用程序

Java历史

1991年，电视机，机顶盒，录象机的开发设计需要一种可移植、方便、高效的计算机语言。

为了满足这种需求，由Sun公司的PatrickHaughton和JamesGosling领导的技术小组开发了JAVA。

上世纪九十年代中期，Sun推出了SunJavaDevelopmentToolkits1.0，简称JDK1.0。

JDK1.0是一个功能强大的软件包，可以用来开发小应用程序和多种操作系统（SunSolaris，WindowsNt，Windows95，Macintosh）的应用程序。

1998年Sun推出Java2Platform，它定义了所有Java技术的概念和标准，即包括已经实现的技术也包括尚未实现的技术；即包括Sun的实现的，也包括其它公司的实现。

目前，Java2SDK1.5是Java2Platform的最新定义。

这个定义又可以细分为四个版本：

标准版：

J2SE（JavaSE），用于开发普通的小应用程序和应用程序。

它是我们这门课程要讲述的内容。

（JavaSE的体系结构）

企业版：

J2EE（JavaEE），用于企业级应用。

微型版：

J2ME（JavaME），用于开发移动电话，机顶盒，个人数字设备等。

JavaCard：

适用于智能卡的Java平台。

（Java各版本应用领域）

Java技术概述

任何复杂的事物都可以分解成一些相对简单的组成部分。

Java作为一门丰富而复杂的新技术，它由下列这些技术层面组成：

⏹Java编程语言：

定义变量、表达式、控制转移等基本规则。

⏹Java类库：

Java软件工具包（SDK）为程序员提供了几千个类，包括基本的数学函数、数组和字符串、窗口，GUI，I/O，网络等。

⏹Java运行环境：

包括Java字节代码的加载器、校验器以及Java虚拟机。

⏹Java虚拟机：

Java技术出于跨平台，可移植的考虑，没有将程序的原代码编译连接成CPU的指令序列，直接交给计算机执行。

Java技术在不同的硬件，不同的操作系统之上，定义了完全相同的支持Java程序运行的虚拟计算机。

Java原程序被编译成字节（byte）代码，在Java虚拟机上运行。

⏹Java工具：

编译器，注释器（interpreter），文档生成器等工具。

⏹Java小应用程序：

小应用程序（Applets）是一种贮存于WWW服务器上的用Java编写的程序，它通常由浏览器下载到客户系统中，并通过支持Java运行环境的浏览器运行。

它由超文本标识语言（HTML）的Web页来调用。

⏹Java应用程序：

JavaApplications是一种独立的程序，它不需要任何Web浏览器来执行。

它们是普通的应用程序；可运行于任何具备Java运行环境的设备中。

⏹其它Java程序：

JavaBean,Servlet,JSP等。

Java虚拟机

Java虚拟机在Java运行环境中处于核心地位。

Java虚拟机使Java语言可以跨多种平台运行，保障了SUN提出的"writeonce,runanywhere"的特性，其组成为：

⏹指令集（中央处理器［CPU］

⏹寄存器

⏹类文件格式

⏹栈

⏹垃圾收集堆

⏹存储区

Java虚拟机隐藏了计算机硬件和操作系统的复杂性。

使我们只面对单一的支持Java的计算机。

当我们写好Java源程序后，使用编译器将源代码转换成JVM的指令序列（字节代码），保存为.class。

执行Java程序时，JVM负责解释字节代码，JVM的指令转换成真实的机器指令，并执行。

自动内存回收（垃圾收集）

垃圾回收就是将程序不再使用的内存块释放出来，以提供给其它程序使用。

程序运行时需要占用一定内存空间，当程序退出后应该把占用的内存释放，在c,c++语言中由程序保证内存的释放，但如果程序员忘记释放内存，就会在内存中“垃圾”增多，影响其它程序运行；Java语言实现自动垃圾回收处理，减轻了程序员的负担，杜绝了因内存管理而导致的程序中的问题。

程序员可以建议垃圾回收，通过调用System.gc（）实现。

常见垃圾收集机制介绍

JVM中内存划分为：

堆栈（Stack）、堆（Heap）、静态存储（Static）

大多数垃圾收集使用了根集（rootset）这个概念；所谓根集就量正在执行的Java程序可以访问的引用变量的集合（包括局部变量、参数、类变量），程序可以使用引用变量访问对象的属性和调用对象的方法。

垃圾收集首选需要确定从根开始哪些是可达的和哪些是不可达的，从根集可达的对象都是活动对象，它们不能作为垃圾被回收，这也包括从根集间接可达的对象。

而根集通过任意路径不可达的对象符合垃圾收集的条件，应该被回收。

引用计数法（ReferenceCountingCollector）

一般来说，堆中的每个对象对应一个引用计数器。

当每一次创建一个对象并赋给一个变量时，引用计数器置为1。

当对象被赋给任意变量时，引用计数器每次加1当对象出了作用域后（该对象丢弃不再使用），引用计数器减1，一旦引用计数器为0，对象就满足了垃圾收集的条件。

基于引用计数器的垃圾收集器运行较快，不会长时间中断程序执行，适宜地必须实时运行的程序。

但引用计数器增加了程序执行的开销，因为每次对象赋给新的变量，计数器加1，而每次现有对象出了作用域生，计数器减1。

Tracing算法（TracingCollector）

基于tracing算法的垃圾收集器从根集开始扫描，识别出哪些对象可达，哪些对象不可达，并用某种方式标记可达对象，例如对每个可达对象设置一个或多个位。

在扫描识别过程中，基于tracing算法的垃圾收集也称为标记和清除（mark-and-sweep）垃圾收集器。

compacting算法（CompactingCollector）

为了解决堆碎片问题，基于tracing的垃圾回收吸收了Compacting算法的思想，在清除的过程中，算法将所有的对象移到堆的一端，堆的另一端就变成了一个相邻的空闲内存区，收集器会对它移动的所有对象的所有引用进行更新，使得这些引用在新的位置能识别原来的对象。

在基于Compacting算法的收集器的实现中，一般增加句柄和句柄表。

垃圾回收的几个特点

垃圾收集发生的不可预知性：

由于实现了不同的垃圾收集算法和采用了不同的收集机制，所以它有可能是定时发生，有可能是当出现系统空闲CPU资源时发生，也有可能是和原始的垃圾收集一样，等到内存消耗出现极限时发生，这与垃圾收集器的选择和具体的设置都有关系。

垃圾收集的精确性：

（a）垃圾收集器能够精确标记活着的对象；（b）垃圾收集器能够精确地定位对象之间的引用关系。

前者是完全地回收所有废弃对象的前提，否则就可能造成内存泄漏。

而后者则是实现归并和复制等算法的必要条件。

所有不可达对象都能够可靠地得到回收，所有对象都能够重新分配，允许对象的复制和对象内存的缩并，这样就有效地防止内存的支离破碎。

垃圾收集的实现和具体的JVM以及JVM的内存模型有非常紧密的关系。

不同的JVM可能采用不同的垃圾收集，而JVM的内存模型决定着该JVM可以采用哪些类型垃圾收集。

现在，HotSpot系列JVM中的内存系统都采用先进的面向对象的框架设计，这使得该系列JVM都可以采用最先进的垃圾收集。

代码运行过程

Java源程序通过"编译"，转换成字节码。

字节码被存储在.class文件中。

构成Java软件程序的字节代码在运行时被加载、校验并在解释器中运行。

当运行Applets时，字节码可被下载，然后由浏览器中的JVM进行解释。

解释器具备两种功能，一是执行字节代码，二是对底层硬件做适当调用。

在一些使用Java技术的运行环境中，部分校验过的字节码被编译成原始机器码并直接运行于硬件平台。

这就使Java软件代码能够以接近C或C++的速度运行，只是在加载时，因为要编译成原始机器码而略有延迟。

Java技术运行字节代码包含如下三大步骤：

⏹加载代码－由类加载器执行

⏹校验代码－由字节码校验器执行

⏹执行代码－由运行时的解释器执行

（Java程序运行的三大步骤）

类加载器

类加载器为程序的执行，加载所需要的类。

类加载器将本地文件系统的类名空间，与来自网络的类名空间相分离，以增加安全性。

当全部类被加载后，可执行文件的存储器格式被确定。

这时，特定的存储器地址被分配给变量并创建检索表格。

由于存储器格式在运行时出现，因而Java技术解释器增加了保护以防止对限制代码区的非法访问。

JVM中有四种类加载器，分别为（本节以下内容可以在以后再理解）：

⏹BootStrapClassLoader：

启动类加载器：

虚拟机启动时最先加载系统加载关键的运行类的加载器。

⏹ExtClassLoader：

扩展类加载器，专门用来加载所有java.ext.dirs下的.jar文件。

开发者可以通过把自己的.jar文件或库文件加入到扩展目录的classpath，使其可以被扩展类加载器读取。

⏹AppClassLoader：

应用（系统）类加载器，用来读取所有的对应在java.class.path系统属性的路径下的类

以上三个类在JDK中不能查到，他们是JVM底层使用的，我们可以认为这三者关系如下：

BootStrapClassLoader<-ExtClassLoader<-AppClassLoader

JDK中定义了一些ClassLoader类，我们可以观察到继承关系如下：

ClassLoader<-SecureClassLoader<-URLClassLoader<-AppClassLoader

我们也可以继承ClassLoader类制作自己的ClassLoader（用户定义的类加载器）。

一些关于ClassLoader的常用方法：

⏹sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath（）.getURLs（）;//根据以上叙述，应该是先获取启动类路径再转成路径的数组。

⏹MyClass.class.getClassLoader（）;//MyClass是类名

⏹ClassLoader.getSystemClassLoader（）;//获得系统（应用）级类加载器

⏹ClassLoader.getSystemClassLoader（）.getClass（）;//可以知道这个类加载器的名字等了

⏹java.lang.Thread.getContextClassLoader（）;//获取当前线程的上下文类加载器。

字节代码校验器

所有来源于网络的class文件都要经过字节码校验器。

字节码校验器主要测试以下内容：

⏹代码段语法格式是否正确？

⏹有无违反规则的非法代码？

⏹是否违反对象访问权限？

⏹是否试图改变对象类型？

字节码校验器对程序代码进行四遍校验，这可以保证代码符合JVM规范并且不破坏系统的完整性。

如果校验器在完成四遍校验后未返回出错信息，则下列各项要求会得到保证：

⏹程序代码所在的类，符合JVM规范的类文件格式。

⏹无访问限制违例。

⏹代码未引起操作数栈上溢或下溢。

⏹所有操作代码的参数类型将总是正确的。

⏹无非法数据转换发生，例如：

将整数转换为对象引用。

Java安装配置

各平台安装程序可以到SUN的网站（）下载，在安装完成后应该进行配置，通常集成开发环境（IDE）自带JDK或进行了自动配置，如果我们通过控制台编译或运行Java程序则必须手动配置。

JDK:

是Java开发工具包（J2SESoftwareDevelopmentKit）的缩写,用Java语言编写applet小程序和应用程序的软件开发环境，Java开发者应该安装JDK，并且通常JDK中已包含一个JRE拷贝。

JRE:

是Java运行环境（JavaRuntimeEnviroment）的缩写。

它基本上就和Java虚拟机是同一个概念，运行Java程序的应该安装JRE。

（JDK安装目录示例）

⏹bin：

java常用开发工具目录，例如javac，java，jar等工具。

⏹demo:

sun提供的一些用于java开发的示范,如有关applets，jfc，plugin等。

⏹include:

Java提供用于c/c++调用的.h文件；

⏹jre:

对应版本的java运行环境文件

⏹sample:

java案例。

⏹lib:

java类库目录

Windows环境变量

应设置的环境变量包括：

JAVA_HOME,PATH,CLASSPATH。

假设J2DK安装在“C:

\JDK1.5”，环境变量可设置为：

⏹JAVA_HOME=C:

\JDK1.5

⏹CLASSPATH=.

⏹PATH=%JAVA_HOME%\BIN;%PATH%

（Windows下环境变量的设置）

Linux下环境变量

假设jdk安装在/home/jdk1.5目录下，修改配置文件/etc/profiles，在文件的尾部加入如下信息：

JAVA_HOME=/home/jdk1.5

CLASSPATH=.

PATH=$JAVA_HOME/bin:

$PATH

Java技术的优点

Java技术取得今天这样的成就，依赖于这门技术的先进性，Java技术具有下列优点：

⏹简单、健壮：

java=（c++）--++;许多高级语言都要由程序员进行指针运算和存储器管理。

这项工作即复杂又容易出错。

Java不需要程序员进行指针运算和存储器管理，简化了设计，减少了出错的可能性。

⏹面向对象：

Java是面向对象的程序设计语言。

与面向过程的语言相比，面向对象的语言更能反映人类对世界的认识和处理模式，具有良好的代码重用性。

处理复杂、庞大而且不断变化的信息系统，必须使用面向对象的程序设计语言。

⏹分布式：

目前，在所有软件产品中，仅供单个计算机使用的单机版软件所占的比例越来越小。

大多数软件都可以运行在网络环境中。

Java拥有一个网络协议对象库（TCP/IP,HTTP,FTP等），可以象访问当地文件一样访问Internet上的对象。

⏹改进的解释性：

为弥补解释语言速度较慢的不足，Java采用预编译的办法，将原程序生成字节代码，减轻运行时的解释工作。

另一方面，有些Java运行环境采用Just-In-Time（JIT）编译器将字节代码编译成机器码直接运行，这种运行环境对于重复执行的服务器端软件特别有效，可以达到C语言的速度。

⏹安全：

Java语言在编译时删除了指针和内存分配，在运行时检查字节代码，拒绝执行非法的内存访问，超越权限的访问等。

可以防御黑客攻击。

⏹平台无关：

Java通过采用虚拟机技术真正实现了与平台无关。

Java软件是真正跨平台可移植的。

⏹多线程：

允许一个应用程序同时做多个任务。

⏹动态性：

Java允许下载代码模块，因此，当程序运行时也能动态升级。

⏹高性能：

经过实际的综合评测得出结论，Java是高性能的。

第一个Java程序

编写一个程序，输出一行文本信息：

"WelcometoJavaProgramming"

编辑器的使用

Java代码的开发可以使用常见的编辑器，如：

写字板，Editplus，UltraEdit，也可以使用专用的开发工具，如：

JBuilder,Eclipse,NetBeans,JCreator等。

在开始学习时，建议先学习使用带有关键字颜色提示的EditPlus开发Java代码。

Editplus下的Java程序显示

编写程序

1//这是一行注释

2publicclassWelcome{

3

4publicstaticvoidmain（String[]args）{

5System.out.println（"WelcometoJavaProgramming！

"）;

6}//main方法结束

7

8}//类结束

行1：

注释：

用来说明程序的作用

行2：

开始声明一个类，类名为Welcome,class是JAVA的关键字，用来定义类，public为访问说明。

在这里我们声明了一个类，类的名字为Welcome.

行3，7：

空行，用来增加程序的可读性

行4：

是JAVA应用程序必须包含的方法，被称为入口方法：

程序运行时从这里开始执行，其形式必须是：

publicstaticvoidmain（String[]args）或者

staticpublicvoidmain（String[]args）

上面的语句里，只能修改args这个字符串数组的名字。

static表示直接能够加载该方法运行。

void是方法的返回类型，每个方法必须有返回类型（除了构造方法）。

main是方法的名字，是程序的入口调用的方法。

String[]是方法的参数，必须是String数组类型的。

行5：

System.out.println（"WelcometoJavaProgramming！

"）;

就是输出字符串的，双引号中的字符串会在控制台输出。

也可以使用以下语句输出一个对话框显示信息：

JOptionPane.showMessageDialog（null,"Welcome\nto\nJava\nProgramming!

"）;

程序的开头要加入以下语句：

importjavax.swing.JOptionPane;

行6：

"}"表示方法的结束。

行8：

表示类的结束。

编写完成后，以Welcome.java文件名保存到指定目录中。

配置环境和编译

在控制台使用如下命令编译刚才保存的文件Welcome.java

将会生成对应类名的.class文件：

Welcome.class，如下图：

在Editplus下也可以直接编译并运行JAVA代码，配置如下：

打开用户工具栏：

视图/工具栏/窗口/用户工具栏

选择配置工具栏

配置相应的内容

运行JAVA程序

在控制台使用如下命令运行刚才生成的文件Welcome.class

注意：

运行时，不可以加文件的扩展名.class

内容总结

JAVA是一门丰富而且复杂的技术;

JAVA虚拟机处于核心地位,保障了JAVA的平台独立性;

虚拟机可以进行自动内存管理,并且进行安全检查;

JAVA包含三个版本,分别适用于不同的应用需求;

开发JAVA程序的三大步骤:

编写JAVA源程序,编译源程序,运行程序。

独立实践

实践1:

编写程序,实现在控制台输出一行文本"ILOVEJAVA!

"。

实践2:

编写程序,实现在对话框输出文本"ILOVEJAVA!

"。

实践3:

假设:

Welcome.java在d:

\study，编译后生成Welcome.class.

如何可以在任意路径运行此程序？