編輯推薦
內容全麵本書將Java語言作為大學生的計算機程序設計入門語言,不僅詳細介紹語言本身,而且介紹麵嚮對象的設計思想和編程方法、UML建模語言、圖形用戶界麵的編程方法、網絡和數據庫程序的編程方法、綫程的使用、Java集閤框架等實用開發技術。全書以麵嚮對象的程序設計方法貫穿始終,基礎性和實用性並重。宗旨是,不僅要使讀者掌握Java語言本身,而且要能夠對現實世界中較簡單的問題及其解決方法用計算機語言進行描述。
深入淺齣針對初學者和自學讀者的特點,本書力求做到深入淺齣,將復雜的概念用簡潔淺顯的語言娓娓道來。讀者還可以通過配套的《Java語言程序設計學生用書》(ISBN:9787302288275),在實踐中達到對內容的深入理解和熟練掌握。
立體配套為瞭方便教師備課,本書配有電子教案(PPT文件)。清華大學學堂在綫上有與之配套的MOOC課程。
內容簡介
本書將Java語言作為大學生的計算機程序設計入門語言,特色是內容全麵、深入淺齣、立體配套。本書詳細介紹瞭Java語言以及麵嚮對象的設計思想和編程方法、UML建模語言、圖形用戶界麵的編程方法、網絡和數據庫程序的編程方法、綫程的使用、Java集閤框架等實用開發技術。全書以麵嚮對象的程序設計方法貫穿始終,基礎性和實用性並重。宗旨是不僅要使讀者掌握Java語言,而且要能夠對現實世界中較簡單的問題及其解決方法用計算機語言進行描述。本書適閤作為大專院校“Java語言程序設計”課程教材或Java愛好者入門的自學教材。
作者簡介
鄭莉,清華大學計算機科學與技術係教授;國傢精品資源共享課負責人;北京市計算機教育研究會副理事長。全國高等學校計算機教育研究會常務理事。全國高等院校計算機基礎教育研究會常務理事;文科計算機基礎教學指導分委員會專傢;ISO國際標準組織專傢及標準編輯;全國信息技術標準化技術委員會教育技術分技術委員會委員兼秘書長。主要從事計算機教育及教育信息化研究,主持和參加多項國傢863、支撐計劃課題和教育部課題
目錄
第1章 Java語言基礎知識1
1.1 Java語言與麵嚮對象的程序設計1
1.1.1 麵嚮對象的程序設計思想1
...
1.6.4 數組的引用24
1.6.5 多維數組26
1.7 本章小結28
習題28
...
第12章 JSP程序設計399
12.1 JSP簡介399
12.1.1 什麼是JSP程序399
12.1.2 JSP語法概述401
12.1.3 JSP內置對象405
12.1.4 一個簡單的JSP程序408
12.2 JSP與JavaBean412
...
前言/序言
一、 版次說明
本書第1版於2006年齣版。第2版是在第1版的基礎上,廣泛聽取瞭讀者和同行的建議,參考瞭最新的資料,增加瞭Java 5及Java 6語言的新內容,並根據作者本人在授課過程中的經驗而形成的。
二、 本書的作者及編寫背景
這是一本麵嚮廣大初學者的入門教材,是本係列《C++語言程序設計》的姊妹篇,該書自1999年第1版齣版以來,已經齣版瞭4版,在清華大學等數十所大學的不同專業中使用,取得瞭良好的教學效果。與《C++語言程序設計》一樣,本書同樣是基於作者多年來在清華大學講授“Java語言程序設計”的經驗,以及作者本人的研究和開發經驗編寫的。本書的主要作者均為講授“Java語言程序設計”課程教授,參與編寫的其他作者均為該課程助教。
Java語言是應用最廣泛的麵嚮對象的程序設計語言之一。麵嚮對象的程序設計方法將數據及對數據的操作方法封裝在一起,作為一個相互依存、不可分離的整體--對象。對同類型對象抽象齣其共性,形成類。這樣,程序模塊間的關係簡單,程序模塊的獨立性、數據的安全性具有良好的保障,通過繼承與多態性,使程序具有很高的可重用性,使得軟件的開發和維護都更為方便。
麵嚮對象方法的齣現,實際上是程序設計方法發展的一個返璞歸真過程。軟件開發從本質上講,就是對軟件所要處理的問題域進行正確的認識,並把這種認識正確地描述齣來。麵嚮對象方法所強調的基本原則,就是直接麵對客觀存在的事物來進行軟件開發,將人們在日常生活中習慣的思維方式和錶達方式應用在軟件開發中,使軟件開發從過分專業化的方法、規則和技巧中迴到客觀世界,迴到人們通常的思維。由於麵嚮對象方法的突齣優點,目前它已經成為開發大型軟件時所采用的主要方法。
除瞭麵嚮對象以外,Java語言的另一個突齣特點是與平颱無關,可以實現一次編寫、各處運行。因此Java被廣泛用於網絡應用程序開發,以及各種電器設備的嵌入係統。
從語法上看,Java語言與C++語言一樣,都是以C語言的語法為基礎。那麼,學習Java語言是否應該首先學習C語言呢?不是的,雖然Java語言藉鑒瞭C語言的語法,但是Java本身是一個完整的程序設計語言,而且它與C語言的程序設計思想是完全不同的。因此,Java語言是可以作為程序設計的入門語言來學習的,這正是本書的定位。學習本書並不要求讀者有C語言基礎,但是有一定基礎的讀者學習起來會感覺更容易。
三、 本書的特色
本書的特色是內容全麵、深入淺齣、立體配套。
本書將Java語言作為大學生的計算機程序設計入門語言,不僅詳細介紹語言本身,而且介紹麵嚮對象的設計思想和編程方法、UML建模語言、圖形用戶界麵的編程方法、網絡和數據庫程序的編程方法、綫程的使用、Java集閤框架等實用開發技術。全書以麵嚮對象的程序設計方法貫穿始終,基礎性和實用性並重。宗旨是,不僅要使讀者掌握Java語言本身,而且要能夠對現實世界中較簡單的問題及其解決方法用計算機語言進行描述。當然,要達到能夠描述較復雜的問題域還需要學習麵嚮對象的軟件工程課等其他課程。
針對初學者和自學讀者的特點,本書力求做到深入淺齣,將復雜的概念用簡潔淺顯的語言娓娓道來。讀者還可以通過配套的《Java語言程序設計學生用書》,在實踐中達到對內容的深入理解和熟練掌握。
為瞭方便教師備課,本書配有《Java語言程序設計教師用書》,包括電子教案(PPT文件)、教學要點、考試樣題等。
四、 內容摘要
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作 者2011年5月 於清華大學
《深入理解Java:從原理到實踐》 前言 在瞬息萬變的軟件開發領域,Java語言憑藉其跨平颱性、強大的生態係統和卓越的性能,始終占據著核心地位。無數開發者在這門語言的指引下,構建瞭從小型應用到大型企業級係統的各種解決方案。然而,僅僅掌握Java的語法和API,往往不足以應對日益復雜的開發挑戰。真正能夠脫穎而齣的開發者,需要深入理解Java語言的底層機製、內存模型、並發原理,以及如何有效地利用其豐富的特性來編寫高效、健壯、可維護的代碼。 《深入理解Java:從原理到實踐》正是一本緻力於彌閤理論與實踐鴻溝的著作。它並非僅僅羅列API或語法糖,而是帶領讀者一同探索Java的“幕後故事”,從JVM的運作方式到垃圾迴收的精妙算法,從綫程模型的演進到並發安全的保障機製,深入剖析Java的核心競爭力所在。我們相信,隻有真正理解瞭“為什麼”和“怎麼樣”,纔能在麵對實際問題時,做齣最明智、最高效的決策。 本書旨在為有一定Java基礎的開發者提供一個深入學習的平颱。無論您是希望提升現有Java技能,還是準備迎接更高級彆的技術挑戰,本書都將是您寶貴的參考。我們將以清晰的邏輯、嚴謹的論述、豐富的示例,引導您逐步構建對Java語言更深層次的認知。 第一部分:Java虛擬機(JVM)深度解析 Java的靈魂在於其虛擬機。理解JVM的內部運作,是掌握Java精髓的第一步。本部分將帶領讀者深入JVM的世界,揭開其神秘麵紗。 JVM的內存區域劃分: 我們將詳細介紹JVM內存模型,包括程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧、方法區(元空間)和堆。理解每個區域的作用、生命周期以及它們之間的關係,對於解決內存溢齣、內存泄漏等問題至關重要。我們將深入探討堆的年輕代、老年代、永久代(或元空間)的垃圾迴收機製,以及各個區域的存儲內容。 類加載機製: Java程序的執行離不開類加載。本部分將詳細講解Java的類加載過程,包括加載、驗證、準備、解析和初始化這五個階段。我們將分析自定義類加載器的工作原理,以及它們在實現熱部署、代碼加密等場景下的應用。同時,也會探討類加載器的雙親委派模型,理解其如何保證類的唯一性,以及可能齣現的安全風險。 字節碼與指令集: Java源代碼被編譯成平颱無關的字節碼。本部分將介紹Java字節碼的結構,以及JVM解釋器和即時編譯器(JIT)的工作原理。我們將剖析一些常見的字節碼指令,幫助讀者理解Java代碼在JVM中的具體執行過程。通過瞭解字節碼,開發者可以更深入地理解一些語言特性的實現細節,並進行性能優化。 垃圾迴收(GC)算法與策略: 垃圾迴收是Java自動內存管理的核心。本部分將深入講解主流的垃圾迴收算法,如標記-清除、標記-整理、復製算法。我們將詳細分析Serial、Parallel、CMS、G1、ZGC、Shenandoah等不同垃圾收集器的特點、優缺點以及適用場景。通過理解GC的工作原理和調優參數,開發者可以有效地控製GC的停頓時間,提升應用程序的性能和響應速度。 JVM性能監控與調優: 瞭解JVM的運行狀態是進行性能調優的基礎。本部分將介紹多種JVM性能監控工具,如JConsole、VisualVM、MAT、JProfiler等,並演示如何使用它們來分析內存使用、綫程狀態、GC情況等。我們將結閤實際案例,講解常見的JVM性能瓶頸及其解決方法,指導讀者如何通過調整JVM參數來優化內存、CPU等資源的使用效率。 第二部分:Java並發編程深度探索 在現代多核處理器環境下,並發編程是提升應用性能和響應能力的關鍵。Java提供瞭強大的並發支持,但理解其底層機製是寫齣安全高效並發代碼的前提。 綫程的生命周期與管理: 本部分將詳細介紹Java綫程的各個生命周期狀態(新建、就緒、運行、阻塞、終止),以及綫程之間的狀態轉換。我們將講解如何創建和管理綫程,包括Thread類、Runnable接口、綫程池的使用。特彆會深入探討綫程的同步機製,如synchronized關鍵字、wait()、notify()、notifyAll()方法,理解它們在綫程協作中的作用。 Java內存模型(JMM): JMM定義瞭Java虛擬機中數據共享的規則,是理解並發編程的基礎。本部分將詳細闡述JMM的六條指令,以及它如何規範瞭多綫程環境下的可見性、原子性和有序性問題。我們將深入講解happens-before原則,它是判斷Java程序順序執行的依據,也是確保並發程序正確性的關鍵。 並發工具類與並發集閤: Java的`java.util.concurrent`包提供瞭豐富的並發工具類,極大地簡化瞭並發編程的難度。本部分將詳細介紹AQS(AbstractQueuedSynchronizer)框架,它是許多高並發同步工具(如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch)的基礎。我們將深入講解各種並發鎖(公平鎖、非公平鎖、重入鎖、讀寫鎖),以及CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Phaser等同步器在多綫程協作場景下的應用。同時,也會介紹ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等並發集閤類,理解它們如何解決多綫程訪問集閤類時的綫程安全問題。 綫程安全與死鎖、活鎖: 編寫綫程安全的程序是並發編程的核心挑戰。本部分將係統地講解綫程安全的設計原則,包括互斥、同步、不可變性等。我們將深入分析死鎖産生的條件、檢測方法和避免策略,並提供實際的死鎖案例和解決方案。此外,也會探討活鎖、飢餓等並發問題,幫助讀者全麵理解並發程序中的潛在風險。 CompletableFuture與響應式編程: 隨著異步和響應式編程的興起,CompletableFuture為Java的異步編程提供瞭一種聲明式、流暢的方式。本部分將詳細介紹CompletableFuture的創建、組閤、轉換和異常處理,以及它如何幫助我們構建非阻塞、高吞吐量的應用程序。我們將探討CompletableFuture在現代微服務架構和響應式應用開發中的優勢。 第三部分:Java高級特性與設計模式 Java語言不斷發展,引入瞭許多強大的高級特性,極大地提升瞭開發效率和代碼質量。結閤經典的設計模式,能夠幫助開發者構建更具可維護性、可擴展性的係統。 Lambda錶達式與函數式接口: Lambda錶達式是Java 8引入的革命性特性,它極大地簡化瞭代碼編寫,並為函數式編程奠定瞭基礎。本部分將詳細講解Lambda錶達式的語法、使用場景,以及函數式接口的概念。我們將演示如何利用Lambda錶達式來簡化集閤操作、事件處理等,並探索Stream API的強大功能。 Stream API與並行流: Stream API提供瞭一種聲明式、函數式的處理數據集閤的方式。本部分將深入講解Stream API的中間操作(如filter, map, sorted)和終端操作(如forEach, collect, reduce),以及它們如何實現高效的數據處理。我們將重點介紹並行流的概念,以及如何利用多核處理器來加速數據處理。 Optional類: Optional類是Java 8引入的另一個重要特性,它旨在解決NullPointerException問題,並提供一種更安全、更具錶達力的方式來處理可能為空的值。本部分將詳細講解Optional的創建、獲取、轉換和組閤,以及它如何幫助開發者編寫更健壯的代碼。 注解(Annotation)與反射(Reflection): 注解提供瞭一種元數據的方式,可以在代碼中嵌入額外的信息。反射機製允許程序在運行時檢查、修改其自身的結構。本部分將深入講解Java內置注解和自定義注解的創建與使用,以及反射在動態代理、框架開發等領域的應用。我們將探討注解處理器如何實現代碼生成和編譯時檢查。 設計模式精講: 本部分將精選並深入講解一些在Java開發中至關重要的設計模式,包括但不限於: 創建型模式: 工廠方法、抽象工廠、單例模式、建造者模式。 結構型模式: 適配器模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式。 行為型模式: 策略模式、觀察者模式、模闆方法模式、責任鏈模式。 我們將結閤Java語言的特性,深入剖析每個模式的意圖、優缺點、適用場景,並提供清晰的代碼示例,幫助讀者理解如何在實際項目中有效地運用設計模式來提升代碼質量和係統架構。 第四部分:Java性能優化與最佳實踐 成為一名優秀的Java開發者,不僅在於理解語言本身,更在於能夠寫齣高效、可維護的代碼,並具備解決實際問題的能力。 代碼性能分析與優化技巧: 本部分將迴歸到代碼層麵,講解如何通過代碼審查、性能分析工具(如Profiler)來發現代碼中的性能瓶頸。我們將分享一係列實用的代碼優化技巧,包括選擇閤適的數據結構、優化循環、減少對象創建、避免不必要的計算等。 異常處理的最佳實踐: 健壯的異常處理是保證程序穩定運行的關鍵。本部分將深入探討Java的異常體係,講解Checked Exception和Unchecked Exception的區彆,以及何時應該捕獲、拋齣或重新拋齣異常。我們將提供異常處理的最佳實踐,指導讀者如何編寫清晰、有意義的異常信息,以及如何設計閤理的異常處理策略。 字符串處理的性能考量: 字符串是Java中最常用的數據類型之一。本部分將深入分析String、StringBuilder和StringBuffer的性能差異,以及在不同場景下的使用建議。我們將講解字符串常量池的工作原理,以及如何通過優化字符串操作來提升程序性能。 Java 8+新特性在實踐中的應用: 除瞭Lambda和Stream,Java 8及以後版本還引入瞭許多其他重要的新特性,如模塊化(Project Jigsaw)、新的日期時間API、VarHandle等。本部分將介紹這些新特性,並探討它們在實際開發中的應用價值,以及如何利用它們來改進代碼。 高質量Java代碼的構建: 本部分將總結並提煉齣構建高質量Java代碼的通用原則和最佳實踐,包括命名規範、代碼可讀性、注釋的重要性、單元測試的價值、代碼重構的策略等。我們將強調“健壯性、可讀性、可維護性、可擴展性”是衡量代碼質量的四大基石。 結語 《深入理解Java:從原理到實踐》是一段探索Java語言深邃之處的旅程。我們相信,通過對JVM、並發、高級特性和設計模式的深入剖析,以及對性能優化和最佳實踐的探討,您將能夠建立起對Java語言更加全麵、深刻的理解。這不僅僅是知識的積纍,更是能力的飛躍。願本書成為您在Java技術道路上,邁嚮更高層次的有力支撐。 讓我們一起,用深入的理解,去創造卓越的軟件。