Java語言概述課件

Java語言概述

2024年8月12日星期一21.1程式設(shè)計語言概述

1.1.1電腦程式設(shè)計方法和語言隨著電腦硬體與通訊技術(shù)的發(fā)展，電腦應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，應(yīng)用規(guī)模也越來越大，程式設(shè)計不再是一、兩個程式員可完成的任務(wù)，在這種情況下編寫程式不再片面追求高效率，而是綜合考慮程式的可靠性、可擴展性、可重用性和可理解性等因素。

程式設(shè)計方法是獨立於具體程式設(shè)計語言的一門技術(shù)。由於程式設(shè)計通常離不開程式設(shè)計語言作為工具，所以容易混淆程式設(shè)計方法與程式設(shè)計語言的概念。程式設(shè)計語言的設(shè)計目的主要是為了支持某種程式設(shè)計方法。2024年8月12日星期一3早期的程式設(shè)計早期的高級程式設(shè)計語言有FORTROM、COBOL、BASIC等。這一時期由於追求程式的高效率，程式員過份依賴技巧與天份，不太注重程式的結(jié)構(gòu)，。一個典型問題是程式中的控制隨意跳轉(zhuǎn)，即不加限制地使用goto語句，這樣的程式對閱讀者來說是難以理解的，程式員也難以修改程式。結(jié)構(gòu)化的程式設(shè)計隨著程式規(guī)模與複雜性的不斷增長，20世紀60年代誕生了結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計方法的主要技術(shù)是自頂向下、逐步求精，採用單入口/單輸出的控制結(jié)構(gòu)。這一程式設(shè)計方法的代表語言是Pascal、C、Ado等。2024年8月12日星期一4

自頂向下是一種分解問題的技術(shù)，與控制結(jié)構(gòu)有關(guān)。逐步求精指對結(jié)構(gòu)化程式進行分解，最終使其成為三種基本控制結(jié)構(gòu)的組合。結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計的結(jié)果是一個程式最終由若干過程組成，每一個過程完成一個明確的功能。面向?qū)ο蟪淌皆O(shè)計

雖然結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計提高了軟體生產(chǎn)率和軟體品質(zhì)，但隨著程式規(guī)模與複雜性的增長，程式中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變得與這些數(shù)據(jù)上的操作同樣重要。在大型結(jié)構(gòu)化程式中，一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能由許多個過程來處理，修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將影響到所有相關(guān)的過程。在由幾百個過程組成的成千上萬行的結(jié)構(gòu)化程式中，這種情況變得相當(dāng)麻煩並且容易產(chǎn)生錯誤。

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20世紀80年代興起的面向?qū)ο蟪淌皆O(shè)計方法在結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計的基礎(chǔ)上提出了一種新的設(shè)計思路，最重要的改變是程式圍繞被操作的數(shù)據(jù)來設(shè)計，而不是圍繞操作本身。面向?qū)ο蟪淌皆O(shè)計以類作為構(gòu)造程式的基本單位，具有封裝、數(shù)據(jù)抽象、繼承、多態(tài)化等特點。較有影響的面向?qū)ο蟪淌皆O(shè)計語言有Simula、C++、Java等。Java語言是在C++語言基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種適合分佈式計算的新型面向?qū)ο蟪淌皆O(shè)計語言，也是目前推廣最快的程式設(shè)計語言。Java語言將面向?qū)ο?、平臺無關(guān)性、穩(wěn)定性與安全性、多線程等特徵集於一身，為用戶提供了一個良好的程式設(shè)計環(huán)境，特別適合因特網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)。與當(dāng)前迅速發(fā)展的因特網(wǎng)應(yīng)用緊密結(jié)合是Java語言成功的關(guān)鍵所在。

2024年8月12日星期一61.1.2

電腦程式設(shè)計方法和語言面向?qū)ο笈c面向過程的區(qū)別

早期的編程語言如Fortran語言和C語言基本上都是面向過程的語言，主要是採用數(shù)學(xué)語言方式編程的語言，其編程的主要思路專注於演算法的實現(xiàn)。

傳統(tǒng)的面向過程的編程在描述問題時，由兩部分組成：數(shù)據(jù)：描述實體狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；過程：操作這些狀態(tài)數(shù)據(jù)的程式和步驟。

面向過程編程的一個顯著特點是數(shù)據(jù)與程式的分開。數(shù)據(jù)是靜止的東西，不會自行變化，必須通過過程操作來改變數(shù)據(jù)，因此，函數(shù)調(diào)用在面向過程編程中被大量使用。2024年8月12日星期一7

針對程式結(jié)構(gòu)不清晰而無法維護改進的局面。面向?qū)ο缶幊烫岢隽艘环N全新的思路，讓電腦語言結(jié)構(gòu)像人類思維方式一樣簡單和清晰。面向?qū)ο蟮能涹w開發(fā)中將世界上的事物均看成對象，任一對象有兩個特徵：行為與狀態(tài)。每個對象可以通過自身的行為來改變自己的狀態(tài)。在面向?qū)ο蟮氖澜缰校ㄟ^對象間的協(xié)作與交互來運作。由於將對象的操作封閉在對象內(nèi)，外部要與對象進行交互只能通過給對象發(fā)送“消息”，這個消息實際上就是調(diào)用對象的某個行為方法，消息中還包括方法的參數(shù)。2024年8月12日星期一8面向?qū)ο蟪淌皆O(shè)計的特性封裝性

面向?qū)ο蟮牡谝粋€原則是把數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)的操作都封裝在一個類中，比如說筆記本電腦就是一個類。筆記本電腦這個類有許多屬性，有些是靜態(tài)的（數(shù)據(jù)），比如：顯示幕的亮度，本身的重量；有些是動態(tài)的（對數(shù)據(jù)的操作），比如：可以按下組合鍵“ctrl+F4”或“ctrl+F5”來調(diào)整顯示器的亮度，可以卸掉它的外掛光驅(qū)來減輕它的重量。

對象是類的一個實例化結(jié)果，對象具有類所描述的所有的屬性以及方法。比如不同品牌、不同樣式的筆記本電腦之間的共同屬性就是它們所屬的類——筆記本電腦類的屬性。只不過類是抽象的東西，而對象是具體的，對象具有它隸屬類的所有屬性，包括靜態(tài)的和動態(tài)的。2024年8月12日星期一9

每個對象都有自己的存儲空間，可容納其他對象，或者說通過封裝現(xiàn)有的對象，可以產(chǎn)生新型對象。因此，儘管對象的概念非常簡單，但是經(jīng)過封裝以後卻可以在程式中達到任意高的複雜程度。

每個對象都屬於某個類。根據(jù)語法，每個對象都是某個“類”的實例。一個類的最重要的特徵就是“能將什麼消息發(fā)給它？”，也就是類本身有哪些操作。面向?qū)ο蟪淌皆O(shè)計就是設(shè)計好相關(guān)的類，類中有靜態(tài)的域，和動態(tài)的方法。繼承性繼承是在類、子類、以及對象之間自動地共用屬性和方法的機制。類的上層可以有父類、下層可以有子類，形成一種層次結(jié)構(gòu)。一個類將直接繼承其父類的屬性和行為2024年8月12日星期一10，而且繼承還具有傳遞性，因此，它還將間接繼承所有祖先類的屬性和行為。

繼承最主要的優(yōu)點是重複使用性，通過繼承可以無限繁衍出更多的類，這樣的結(jié)果可讓軟體的開發(fā)加速，同時可達到程式共用的好處。通過繼承可以直接繼承系統(tǒng)提供的或他人寫作的類，並加以改寫，進而得到功能的不斷擴充。

繼承的另一個優(yōu)點是在於介面的一致性。當(dāng)超類繁衍出許多子類時，它的行為介面通過繼承可以傳給其所有子類。因此可以通過統(tǒng)一的行為介面去訪問不同的子類對象的方法，但不同子類中行為的具體實現(xiàn)可能時不一樣的。2024年8月12日星期一11多態(tài)性多態(tài)是指在表示特定功能時，有多種不同的形態(tài)或?qū)崿F(xiàn)方法。常見的多態(tài)形式有兩種：方法的重載：即在同一個類中某個方法有多種形態(tài)，其方法名相同，但參數(shù)不同，所以也稱參數(shù)多態(tài)。方法的覆蓋：在子類中重新定義一個與父類有相同形態(tài)的方法，這樣，在子類中將覆蓋從父類繼承來的那個方法。多態(tài)為描述客觀事物提供了極大的能動性。參數(shù)多態(tài)提供了方法的多種使用形態(tài),方便使用者的調(diào)用；而覆蓋多態(tài)則使得用戶可以用同樣的方式對待不同的對象，不同的對象可以用它們自己的方式回應(yīng)同一消息。用戶可以通過父類去引用子類的對象，執(zhí)行方法時則表現(xiàn)出每個子類對象各自的行為。

2024年8月12日星期一12抽象性這裏的抽象有兩個層次的含義，一是體現(xiàn)在類的層次設(shè)計中，高層類是底層類的抽象表述。類層次設(shè)計體現(xiàn)著不斷抽象的過程。第二體現(xiàn)在類與對象之間的關(guān)係上，類是一個抽象的概念，而對象是具體的。面向?qū)ο缶幊痰暮诵氖窃O(shè)計類，但實際運行操作的是對象。類是對象的範本，對象的創(chuàng)建是以類為基礎(chǔ)。同一類創(chuàng)建的對象具有共同的屬性，但屬性值不同。2024年8月12日星期一131.2程式設(shè)計語言概述Java語言有下麵一些特點：簡單性Java語言是一種面向?qū)ο蟮恼Z言，它通過提供最基本的方法來完成指定的任務(wù)，只需理解一些基本的概念，就可以用它編寫出適合於各種情況的應(yīng)用程式。Java略去了運算符重載、多重繼承等模糊的概念,並且通過實現(xiàn)自動垃圾收集大大簡化了程式設(shè)計者的記憶體管理工作。另外，Java也適合於在小型機上運行。

1.2.1Java語言的特色2024年8月12日星期一14面向?qū)ο驤ava語言的設(shè)計集中於對象及其介面，它提供了簡單的類機制以及動態(tài)的介面型。對象中封裝了它的狀態(tài)變數(shù)以及相應(yīng)的方法，實現(xiàn)了模組化和資訊隱藏；而類則提供了一類對象的原型，並且通過繼承機制，子類可以使用父類所提供的方法，實現(xiàn)了代碼的複用。分佈性

Java是面向網(wǎng)路的語言。通過它提供的類庫可以處理TCP/IP協(xié)議，用戶可以通過URL地址在網(wǎng)路上很方便地訪問其他對象。

2024年8月12日星期一15魯棒性Java在編譯和運行程式時，都要對可能出現(xiàn)的問題進行檢查，以消除錯誤的產(chǎn)生。它提供自動垃圾收集來進行記憶體管理，防止程式員在管理記憶體時容易產(chǎn)生的錯誤。通過集成的面向?qū)ο蟮睦馓幚頇C制，在編譯時，Java提示出可能出現(xiàn)但未被處理的例外,幫助程式員正確地進行選擇以防止系統(tǒng)的崩潰。另外，Java在編譯時還可捕獲類型聲明中的許多常見錯誤，防止動態(tài)運行時不匹配問題的出現(xiàn)。2024年8月12日星期一16安全性

用於網(wǎng)路、分佈環(huán)境下的Java必須要防止病毒的入侵。Java不支持指針，一切對內(nèi)存的訪問都必須通過對象的實例變數(shù)來實現(xiàn)，這樣就防止程式員使用“特洛伊”木馬等欺騙手段訪問對象的私有成員，同時也避免了指針操作中容易產(chǎn)生的錯誤。體系結(jié)構(gòu)中立

Java解釋器生成與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的位元組碼指令，只要安裝了Java運行時系統(tǒng)，Java程式就可在任意的處理器上運行。這些位元組碼指令對應(yīng)於Java虛擬機中的表示，Java解釋器得到位元組碼後，對它進行轉(zhuǎn)換，使之能夠在不同的平臺運行。

2024年8月12日星期一17可移植性

與平臺無關(guān)的特性使Java程式可以方便地被移植到網(wǎng)路上的不同機器。同時，Java的類庫中也實現(xiàn)了與不同平臺的介面，使這些類庫可以移植。另外，Java編譯器是由Java語言實現(xiàn)的，Java運行時系統(tǒng)由標準C實現(xiàn)，這使得Java系統(tǒng)本身也具有可移植性。解釋執(zhí)行Java解釋器直接對Java位元組碼進行解釋執(zhí)行。位元組碼本身攜帶了許多編譯時資訊，使得連接過程更加簡單。高性能和其他解釋執(zhí)行的語言如BASIC、TCL不同，Java位元組碼的設(shè)計使之能很容易地直接轉(zhuǎn)換成對應(yīng)於特定CPU的機器碼，從而得到較高的性能。2024年8月12日星期一18多線程

多線程機制使應(yīng)用程式能夠並行執(zhí)行，而且同步機制保證了對共用數(shù)據(jù)的正確操作。通過使用多線程，程式設(shè)計者可以分別用不同的線程完成特定的行為，而不需要採用全局的事件迴圈機制，這樣就很容易地實現(xiàn)網(wǎng)路上的即時交互行為。動態(tài)性

Java的設(shè)計使它適合於一個不斷發(fā)展的環(huán)境。在類庫中可以自由地加入新的方法和實例變數(shù)而不會影響用戶程式的執(zhí)行。並且Java通過介面來支持多重繼承，使之比嚴格的類繼承具有更靈活的方式和擴展性。2024年8月12日星期一191.2.2Java的應(yīng)用背景Java語言對軟體開發(fā)技術(shù)的影響Java語言將對未來軟體的開發(fā)產(chǎn)生影響,可從如下幾個方面考慮:軟體的需求分析：可將用戶的需求進行動態(tài)的、可視化描述，以提供設(shè)計者更加直觀的要求。而用戶的需求是各色各樣的，不受地區(qū)、行業(yè)、部門、愛好的影響,都可以用Java語言描述清楚。軟體的開發(fā)方法：由於Java語言的面向目標的特性，所以完全可以用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)與方法來開發(fā)，這是符合最新的軟體開發(fā)規(guī)範要求的。

2024年8月12日星期一20Java語言的動畫效果遠比GUI技術(shù)更加逼真，尤其是利用Internet提供的巨大動畫資源空間，可以共用全世界的動態(tài)畫面的資源。軟體最終產(chǎn)品：用Java語言開發(fā)的軟體可以具有可視化、可聽化、可操作化的交互、動畫與動作，要它停就停，要它繼續(xù)就繼續(xù)，而這是在電影與電視播放過程中難以做到的。其他：使用Java語言對開發(fā)效益、開發(fā)價值都有比較明顯的影響。

2024年8月12日星期一21Java語言的應(yīng)用前景

Java語言有著廣泛的應(yīng)用前景，大體上可以從以下幾個方面來考慮其應(yīng)用：所有面向?qū)ο蟮膽?yīng)用開發(fā)，包括面向?qū)ο蟮氖录枋觥⑻幚?、綜合等。計算過程的可視化、可操作化的軟體的開發(fā)。動態(tài)畫面的設(shè)計，包括圖形圖像的調(diào)用。交互操作的設(shè)計(選擇交互、定向交互、控制流程等)。Internet的系統(tǒng)管理功能模組的設(shè)計，包括Web頁面的動態(tài)設(shè)計、管理和交互操作設(shè)計等。Intranet(企業(yè)內(nèi)部網(wǎng))上的軟體開發(fā)(直接面向企業(yè)內(nèi)部用戶的軟體)。與各類資料庫連接查詢的SQL語句實現(xiàn)。其他應(yīng)用類型的程式。2024年8月12日星期一221.3程式設(shè)計語言簡介

用Java可寫兩種類型的程式：小程式（又叫JavaApplet）和應(yīng)用程式（Javaapplicatian）。

小程式是嵌入在HTML文檔種的Java程式；而Java應(yīng)用程式是從命令行運行的程式。對Java而言，Java小程式的大小和複雜性都沒有限制。由於WWW使小程式的發(fā)佈十分便利，因此小程式更適合作為Internet上的應(yīng)用程式。

應(yīng)用程式（JavaApplication）是可以獨立運行的Java程式，有Java解釋器控制執(zhí)行。Applet則不能獨立運行，而是被嵌入到Web頁中，有Java相容流覽器控制執(zhí)行。

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Java程式在編譯後生成的不是某種CPU的指令碼，而是Java語言特有的位元組代碼。Java位元組代碼運行在Java虛擬機上。

每一個操作系統(tǒng)的Java解釋器是不同的，但實現(xiàn)Java虛擬機時相同的，這就是Java語言與平臺無關(guān)的關(guān)鍵所在。Java虛擬機由五部分組成：一組指令集、一組寄存器、一個堆疊、一個無用記憶體單元收集器、一個方法區(qū)域，這五個部分是Java虛擬機的邏輯抽象成分，不倚賴於任何實現(xiàn)技術(shù)或組織，但是它們的功能必須在真實機器上以某種來實現(xiàn)。Java虛擬機記憶體區(qū)域不倚賴實現(xiàn)記憶體的位置，也不要求連續(xù)，但要求邏輯的長度固定。

1.3.1Java的虛擬機2024年8月12日星期一24

Java虛擬機支持240多個位元組代碼，每個位元組代碼執(zhí)行一種基本的CPU運算。Java語言指令集相當(dāng)於Java語言程式的“組合語言”，Java語言指令集的一條指令有一個操作碼、領(lǐng)個或多個運算元。運算元指定實施的操作，運算元是操作碼所需要的參數(shù)。Java語言的操作碼均為一個位元組長，運算元沒有限制。

Java虛擬機的寄存器用於保存機器的運行狀態(tài)。Java虛擬機寄存器有四種：Java語言程式計數(shù)器；指向運算元棧頂端的指針；指向當(dāng)前執(zhí)行方法的執(zhí)行環(huán)境的指針；指向當(dāng)前執(zhí)行方法局部變數(shù)的區(qū)第一個變數(shù)的指針。Java虛擬機是用堆疊來處理數(shù)據(jù)傳遞的，它不定義或使用寄存器來傳遞或接受參數(shù)。目的是為了保證指令集的簡潔性和實現(xiàn)時的高效性。2024年8月12日星期一25

Java虛擬機的堆疊有三個區(qū)域：局部變數(shù)區(qū)、執(zhí)行環(huán)境區(qū)和運算元區(qū)。Java虛擬機的堆疊是運行時刻動態(tài)分配的對象存儲區(qū)域。Java語言可以進行自動的無須記憶體單元的收集，程式無須顯示釋放佔有的記憶體空間，無須記憶體單元自動回收的演算法倚賴於虛擬機最終實現(xiàn)的硬體環(huán)境。

Java虛擬機的方法區(qū)是編譯後的代碼區(qū)域，包含方法代碼、符號表等。

2024年8月12日星期一261.3.2Java的運行環(huán)境的配置Java不僅提供了一個豐富的語言和運行環(huán)境，而且還提供了一個免費的Java開發(fā)工具集(JavaDevelopersKits，簡稱JDK,也稱SDK)。編程人員和最終用戶可以利用這些工具來開發(fā)Java程式或調(diào)用Java內(nèi)容。

SUN的Java不僅提了一個豐富的語言和運行環(huán)境，而且還提了一個免費的Java開發(fā)工具集(SDK)。開發(fā)人員和最終用戶可以利用這個工具來開發(fā)Java程式。SDK簡單易學(xué)，可以通過任何文本編輯器編寫Java原始檔案，然後在DOS狀況下利通過javac命令將Java根源程式編譯成位元組碼，通過Java命令來執(zhí)行編譯後的Java檔。

2024年8月12日星期一27SDK的另一個顯著特點是隨著Java（J2EE、J2SE以及J2ME）版本的升級而升級。但它的缺點也是非常明顯的就是從事大規(guī)模企業(yè)級Java應(yīng)用開發(fā)非常困難，不能進行複雜的Java軟體開發(fā)，也不利於團體協(xié)同開發(fā)。建立Java開發(fā)環(huán)境JDK開發(fā)環(huán)境中常用工具介紹在Java環(huán)境中的Java工具主要有：*appletviewer

小應(yīng)用程式流覽器*java解釋器*javac

編譯器*javah

頭檔生成器*javadocAPI

文檔生成器*javap

類檔反彙編器*sdbJava語言調(diào)試器2024年8月12日星期一281.3.1Java的虛擬機目前可供開發(fā)人員選擇得Java語言開發(fā)工具有很多，例如：Sun公司的SDK（命令行方式的）Java語言編輯器，用Java語言開發(fā)的圖形化介面的JavaWorkShop，Symmatec公司的VisualCafé，微軟公司的VisualJ＋＋,Borland公司的JBuilder等等。開發(fā)人員選擇開發(fā)工具可以根據(jù)以下原則：開發(fā)介面是否友好，編譯效率是否高，是否有可視化的調(diào)試器，能否在流覽器中調(diào)試Java語言小程式，能否為使用者完成一些重複的勞動等。2024年8月12日星期一291.4