第一章 Java的产生与特点
1.1 Java产 生 的 历 史 与 现 状
1.1.1 Java产 生 的 历 史
Java来 自于Sun公 司 的 一 个 叫Green的 项 目， 其 原 先 的 目 的 是 为 家 用 消费 电 子 产 品 开 发 一 个 分 布 式 代 码 系 统， 这 样 我 们 可 以 把E-mail发给 电 冰 箱、 电 视 机 等 家 用 电 器， 对 它 们 进 行 控 制， 和 它 们进 行 信 息 交 流。 开 始， 准 备 采 用C++,但C++太 复 杂， 安 全 性 差，最 后 基 于C++开 发 一 种 新 的 语 言Oak(Java的 前 身)，Oak是 一 种 用于 网 络 的 精 巧 而 安 全 的 语 言，Sun公 司 曾 依 此 投 标 一 个 交 互式 电 视 项 目， 但 结 果 是 被SGI打 败。 可 怜 的Oak几 乎 无 家 可 归，恰 巧 这 时Mark Ardreesen开 发 的Mosaic和Netscape启 发 了Oak项 目 组 成员， 他 们 用Java编 制 了HotJava浏 览 器， 得 到 了Sun公 司 首 席 执 行官Scott McNealy的 支 持， 触 发 了Java进 军Internet。 Java的 取 名 也 有一?copy;趣 闻， 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(爪哇) 咖 啡， 有 一 个 人 灵 机 一 动 说 就 叫Java怎 样， 得 到 了 其 他人 的 赞 赏， 于 是，Java这 个 名 字 就 这 样 传 开 了。
1.1.2 Java的 现 状
Java是Sun公司 推 出 的 新 的 一 代 面 向 对 象 程 序 设 计 语 言， 特 别 适 合 于Internet应用 程 序 开 发， 它 的 平 台 无 关 性 直 接 威 胁 到Wintel的 垄 断 地 位。一 时 间，“ 连Internet， 用Java编 程”， 成 为 技 术 人 员 的 一 种 时尚。 虽 然 新 闻 界 的 报 导 有?copy;言 过 其 实， 但Java作 为 软 件 开发 的 一 种 革 命 性 的 技 术， 其 地 位 已 被 确 立， 这 表 现 在 以 下几 个 方 面： 1.计 算 机 产 业 的 许 多 大 公 司 购 买 了 Java的 许 可证， 包 括IBM,Apple,DEC,Adobe,Silicon Graphics,HP,Oracel,Toshiba， 以 及最 不 情 愿 的Microsoft。 这 一 点 说 明，Java已 得 到 了 工 业 界 的 认可。 2.众 多 的 软 件 开 发 商 开 始 支 持Java的 软 件 产 品。 例 如：Borland公司 正 在 开 发 的 基 于Java的 快 速 应 用 程 序 开 发 环 境Latte， 预 计产 品 会 在1996年 中 期 发 布。Borland公 司 的 这 一 举 措， 推 动 了Java进入PC机 软 件 市场。Sun公 司 自 己 的Java开 发 环 境Java Workshop已 经 发布。 数 据 库 厂 商 如：Illustra,Sysbase,Versant,Oracle都 在 开 发CGI接口， 支 持HTML和Java。 今 天 是 以 网 络 为 中 心 的 计 算 时 代， 不 支持HTML和Java， 应 用 程 序 的 应 用 范 围 只 能 限 于 同 质 的 环 境（相同 的 硬 件 平 台?copy;。 3.Intranet正 在 成 为 企 业 信 息 系 统 最 佳的 解 决 方 案， 而 其 中Java将 发 挥 不 可 替 代 的 作 用。Intranet的目 的 是 把Internet用 于 企 业 内 部 的 信 息 系 统， 它 的 优 点 表 现在： 便 宜， 易 于 使 用 和 管 理。 用 户 不 管 使 用 何 种 类 型 的 机器 和 操 作 系 统， 界 面 是 统 一 的Intrnet浏 览 器， 而 数 据 库、Web页面、 应 用 程 序(用Java编 的Applet)则 存 在WWW服 务 器 上， 无 论 是 开发 人 员， 还 是 管 理 人 员， 抑 或 是 用 户 都 可 以 受 益 于 该 解 决方 案。 Java语 言 正 在 不 断 发 展 和 完 善，Sun公 司 是 主 要 的 发 展推 动 者， 较 通 用 的 编 译 环 境 有JDK(Java Develop Kit)与JWS(Java Workshop)。还 有 很 多 其 他 公 司 正 在 开 发Java语 言 的 编 译 器 与 集 成 环 境，预 计 不 久Java语 言 的 正 确 性 与 效 率 都 将 会 提 高， 用 户 用Java编程 和 现 在 用C++编 程 一 样 方 便。
1.2 Java语 言 的 特 点
Java到 底是 一 种 什 么 样 的 语 言 呢？ Java是 一 种 简 单 的 面 象 对 象 的 分布 式 的 解 释 的 健 壮 的 安 全 的 结 构 中 立 的 可 移 植 的 性 能 很优 异 的 多 线 程 的 动 态 的 语 言。
1.2.1 简 单
Java最 初是 为 对 家 用 电 器 进 行 集 成 控 制 而 设 计 的 一 种 语 言， 因 此它 必 须 简 单 明 了。Java语 言 的 简 单 性 主 要 体 现 在 以 下 三 个方 面： 1. Java的 风 格 类 似 于C++， 因 而C++程 序 员 是 非 常 熟 悉 的。从 某 种 意 义 上 讲，Java语 言 是C及C++语 言 的 一 个 变 种， 因 此，C++程序 员 可 以 很 快 就 掌 握Java编 程 技 术。 2. Java摒 弃 了C++中 容 易引 发 程 序 错 误 的 地 方， 如 指 针 和 内 存 管 理。 3. Java提?copy;了丰 富 的 类 库。
1.2.2 面 向 对 象
面 向 对象 可 以 说 是Java最 重 要 的 特 性。Java语 言 的 设 计 完 全 是 面 向对 象 的， 它 不 支 持 类 似C语 言 那 样 的 面 向 过 程 的 程 序 设 计技 术。Java支 持 静 态 和 动 态 风 格 的 代 码 继 承 及 重 用。 单 从 面向 对 象 的 特 性 来 看，Java类 似 于SmallTalk， 但 其 它 特 性、 尤 其是 适 用 于 分 布 式 计 算 环 境 的 特 性 远 远 超 越 了SmallTalk。
1.2.3 分 布 式
Java包 括一 个 支 持HTTP和FTP等 基 于TCP/IP协 议 的 子 库。 因 此，Java应 用 程序 可 凭 借URL打 开 并 访 问 网 络 上 的 对 象， 其 访 问 方 式 与 访 问本 地 文 件 系 统 几 乎 完 全 相 同。 为 分 布 环 境 尤 其 是Internet提?copy;动态 内 容 无 疑 是 一 项 非 常 宏 伟 的 任 务， 但Java的 语 法 特 性 却使 我 们 很 容 易 地 实 现 这 项 目 标。
1.2.4 健 壮
Java致 力于 检 查 程 序 在 编 译 和 运 行 时 的 错 误。 类 型 检 查 帮 助 检 查出 许 多 开 发 早 期 出 现 的 错 误。Java自 已 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?copy;功 能 特 征 大 大 缩 短 了 开 发Java应 用 程 序 的 周期。 Java提?copy;： Null指 针 检 测 数 组 边 界 检 测 异 常 出 口 字 节代 码 校 验
1.2.5 结 构 中 立
另 外，为 了 建 立Java作 为 网 络 的 一 个 整 体，Java将 它 的 程 序 编 译 成一 种 结 构 中 立 的 中 间 文 件 格 式。 只 要 有Java运 行 系 统 的 机器 都 能 执 行 这 种 中 间 代 码。 现 在，Java运 行 系 统 有Solaris2.4(SPARC),Win32系统(Windows95和Windows NT)等. Java源 程 序 被 编 译 成 一 种 高 层 次 的与 机 器 无 关 的byte-code格 式 语 言， 这 种 语 言 被 设 计 在 虚 拟 机上 运 行， 由 机 器 相 关 的 运 行 调 试 器 实 现 执 行。
1.2.6 安 全
Java的 安全 性 可 从 两 个 方 面 得 到 保 证。 一 方 面， 在Java语 言 里， 象 指针 和 释 放 内 存 等C++功 能 被 删 除， 避 免 了 非 法 内 存 操 作。 另一 方 面， 当Java用 来 创 建 浏 览 器 时， 语 言 功 能 和 一?copy;浏 览器 本 身 提?copy;的 功 能 结 合 起 来， 使 它 更 安 全。 Java语 言 在你 的 机 器 上 执 行 前， 要 经 过 很 多 次 的 测 试。 它 经 过 代 码 校验， 检 查 代 码 段 的 格 式， 检 测 指 针 操 作， 对 象 操 作 是 否 过分 以 及 试 图 改 变 一 个 对 象 的 类 型。
1.2.6.1 Byte-code校 验
如 果byte-code通过 代 码 校 验， 没 有 返 回 错 误， 我 们 可 知 道： 代 码 没 有 堆 栈上 溢 出 和 下 溢 出 所 有 操 作 代 码 参 数 类 型 都 是 正 确 的 没 有发 生 非 法 数 据 转 换， 如 将 整 数 转 换 成 指 针。 访 问 对 象 操 作是 合 法 的
1.2.6.2 类 装 载
Class Loader通过 将 本 机 类 与 网 络 资 源 类 的 名 称 分 开， 来 保 持 安 全 性。 因为 调 入 类 时 总 要 经 过 检 查， 这 样 避 免 了 特 洛 伊 木 马 现 象的 出 现。 从 网 络 上 下 载 的 类 被 调 进 一 个 与 源 相 关 的 私 有的 名 字 域。 当 一 个 私 有 类 访 问 另 一 个 类 时，build-in(本 机 类)首先 被 检 查， 然 后 检 查 相 关 的 类。 这 样 就 避 免 了 破 坏 本 机 类情 况 的 出 现。
1.2.7 可 移 植 的
同 体 系结 构 无 关 的 特 性 使 得Java应 用 程 序 可 以 在 配 备 了Java解 释 器和 运 行 环 境 的 任 何 计 算 机 系 统 上 运 行， 这 成 为Java应 用 软件 便 于 移 植 的 良 好 基础。 但 仅 仅 如 此 还 不 够。 如 果 基 本 数据 类 型 设 计 依 赖 于 具 体 实 现， 也 将 为 程 序 的 移 植 带 来 很大 不 便。 例 如 在Windows 3.1中 整 数(Integer)为16bits， 在Windows 95中整 数 为32bits， 在DEC Alpha中 整 数 为64bits， 在Intel 486中 为32bits。通 过 定 义 独 立 于 平 台 的 基 本 数 据 类 型 及 其 运 算，Java数 据得 以 在 任 何 硬 件 平 台 上 保 持 一 致。Java语 言 的 基 本 数 据 类型 及 其 表 示 方 式 如 下： byte 8-bit 二 进 制 补 码 short 16-bit 二进 制 补 码 int 32-bit 二 进 制 补 码 long 64-bit 二 进 制 补 码 float 32-bit IEEE 754浮点 数 double 32-bit IEEE 754浮点 数 char 16-bit Unicode字符
在 任 何Java解释 器 中， 数 据 类 型 都 是 依 据 以 上 标 准 具 体 实 现 的。 因 为 几乎 目 前 使 用 的 所 有CPU都 能 支 持 以 上 数 据 类 型、8～64位 整 数格 式 的 补 码 运 算 和 单/双 精 度浮点 运 算。 Java编 译 器 本 身 就 是用Java语 言 编 写 的。Java运 算 系 统 的 编 制 依 据POSIX方 便 移 植 的限 制， 用ANSI C语 言 写 成。Java语 言 规 范 中 也 没 有 任 何"同具 体 实 现 相 关"的 内 容。
1.2.8 解 释 的
Java解 释器(运 行 系 统)能 直 接 运 行 目 标 代 码 指 令。 链 接 程 序 通 常 比编 译 程 序 所 需 资 源 少， 所 以 程 序 员 可 以 在 创 建 源 程 序 上花 上 更 多 的 时 间。
1.2.9 高 性 能
如 果 解释 器 速 度 不 慢，Java可 以 在 运 行 时 直 接 将 目 标 代 码 翻 译 成机 器 指 令。Sun用 直 接 解 释 器 一 秒 钟 内 可 调 用300,000个 过 程。翻 译 目 标 代 码 的 速 度 与C/C++的 性 能 没 什 么 区 别。
1.2.10 多 线 程
Java提?copy;的多 线 程 功 能 使 得 在 一 个 程 序 里 可 同 时 执 行 多 个 小 任 务。线 程 － － 有 时 也 称 小 进 程 － － 是 一 个 大 进 程 里 分 出 来 的小 的 独 立 的 进 程。 因 为Java实 现 的 多 线 程 技 术， 所 以 比C和C++更键 壮。 多 线 程 带 来 的 更 大 的 好 处 是 更 好 的 交 互 性 能 和 实时 控 制 性 能。 当 然 实 时 控 制 性 能 还 取 决 于 系 统 本 身(UNIX,Windows,Macintosh等)，在 开 发 难 易 程 度 和 性 能 上 都 比 单 线 程 要 好。 任 何 用 过 当前 浏 览 器 的 人， 都 感 觉 为 调 一 副 图 片 而 等 待 是 一 件 很 烦恼 的 事 情。 在Java里， 你 可 用 一 个 单 线 程 来 调 一 副 图 片， 而你 可 以 访 问HTML里 的 其 它 信 息 而 不 必 等 它。
1.2.11 动 态
Java的 动态 特 性 是 其 面 向 对 象 设 计 方 法 的?copy;展。 它 允 许 程 序 动态 地 装 入 运 行 过 程 中 所 需 要 的 类， 这 是C++语 言 进 行 面 向 对象 程 序 设 计 所 无 法 实 现 的。 在C++程 序 设 计 过 程 中， 每 当 在类 中 增 加 一 个 实 例 变 量 或 一 种 成 员 函 数 后， 引 用 该 类 的所 有 子 类 都 必 须 重 新 编 译， 否 则 将 导 致 程 序 崩 溃。Java从 如下 几 方 面 采 取 措?copy;来 解 决 这 个 问 题。Java编 译 器 不 是 将对 实 例 变 量 和 成 员 函 数 的 引 用 编 译 为 数 值 引 用， 而 是 将符 号 引 用 信 息 在 字 节 码 中 保 存 下 传 递 给 解 释 器， 再 由 解释 器 在 完 成 动 态 连 接 类 后， 将 符 号 引 用 信 息 转 换 为 数 值偏 移 量。 这 样， 一 个 在 存 储 器 生 成 的 对 象 不 在 编 译 过 程 中决 定， 而 是 延 迟 到 运 行 时 由 解 释 器 确 定 的。 这 样， 对 类 中的 变 量 和 方 法 进 行 更 新 时 就 不 至 于 影 响 现 存 的 代 码。 解释 执 行 字 节 码 时， 这 种 符 号 信 息 的 查 找 和 转 换 过 程 仅 在一 个 新 的 名 字 出 现 时 才 进 行 一 次， 随 后 代 码 便 可 以 全 速执 行。 在 运 行 时 确 定 引 用 的 好 处 是 可 以 使 用 已 被 更 新 的类， 而 不 必 担 心 会 影 响 原 有 的 代 码。 如 果 程 序 连 接 了 网 络中 另 一 系 统 中 的 某 一 类， 该 类 的 所 有 者 也 可 以 自 由 地 对该 类 进 行 更 新， 而 不 会 使 任 何 引 用 该 类 的 程 序 崩 溃。 Java还简 化 了 使 用 一 个 升 级 的 或 全 新 的 协 议 的 方 法。 如 果 你 的系 统 运 行Java程 序 时 遇 到 了 不 知 怎 样 处 理 的 程 序， 没 关 系，Java能自 动 下 载 你 所 需 要 的 功 能 程 序。
1.3 与C和C++语 言 的 异 同
Java提?copy;了一 个 功 能 强 大 语 言 的 所 有 功 能， 但 几 乎 没 有 一 点 含 混 特征。C++安 全 性 不 好， 但C和C++还 是 被 大 家 所 接 受， 所 以Java设 计成C++形 式， 让 大 家 很 容 易 学 习。Java去 掉 了C++语 言 的 许 多 功能， 让Java的 语 言 功 能 很 精 炼， 并 增 加 了 一?copy;很 有 用 的 功能， Java去 掉 了 以 下 几 个C和C++功 能 和 特 征： 指 针 运 算 结 构 typedefs #define 需 要 释 放 内 存 全 局 变 量 的 定 义 这?copy;功 能 都 是 很容 易 引 起 错 误 的 地 方。
1.4 Java的 应 用 简 介
1.4.1 Web浏 览
Web浏 览是 现 在 国 际 网 甚 至 局 域 网 的 主 要 使 用 方 式。 文 档 能 很 容易 地 显 示 文 本 和 各 种 图 片， 他 还 能 提?copy;超 文 本 链 接。 这?copy;浏览 器 调 用HTML语 言 写 的 文 档，HTML/WWW浏 览 器 技 术 只 限 于 文 本和 图 象。 如 果 你 想 播 放 一 种 声 音 或 运 行 一 个 演 示 程 序， 你不 得 不 下 载 那 个 文 件 并 用 你 本 机 上 的 能 理 解 和 运 行 那 个文 件 格 式 的 程 序 来 播 放 它。 Java程 序 和 它 的 浏 览 器HotJava，提?copy;了 可 让 你 的 浏 览 器 运 行 程 序 的 方 法。 你 能 从 你 的浏 览 器 里 直 接 播 放 声 音。 你 还 能 播 放 页 面 里 的 动 画。Java还能 告 诉 你 的 浏 览 器 怎 样 处 理 新 的 类 型 文 件。 当 我 们 能 在2400 baud线 上 传 输 视 频 图 象 时，HotJava将 能 显 示 这?copy;视 频。
1.4.2 网 络 应 用 系 统
Java是 一种 与 平 台 无 关 的 语 言， 因 此 用Java开 发 的 网 络 应 用 系 统 可以 在 各 种 平 台 上 运 行， 大 大 增 加 了 开 发 效 率， 减 少 重 复 劳动。 而 且，Java集 成 的 网 络 功 能?reg;分 有 利 于 开 发 网 络 应 用系 统。
本 章 小 结：
1.Java的产 生 与 流 行 是 当 今internet发 展 的 客 观 要 求 2.java是 一 门 各 方面 性 能 都 很 好 的 编 程 语 言， 它 的 基 本 特 点 是 简 单、 面 象 对象、 分 布 式、 解 释 的、健 壮 的、 安 全 的、 结 构 中 立 的、 可 移植 的、 性 能 很 优 异 的、 多 线 程 的、 动 态 的。?reg;分 适 合 在internet环境 上 开 发 应 用 系 统。 3.java可 以 制 作 大 部 分 网 络 应 用 程 序系 统， 而 且 与 当 今 流 行 的WWW浏 览 器 结 合 得 很 好。
