目錄

第1章Java入門

1．1本章任務

1．2Java的故事

1．3三個版本的過去和現在

1．4環境搭建

1．5從控制臺到Eclipse——一個簡單的圖書管理繫統V1．0

1．6一個簡單的面向對像的改造

1．7JDK、JRE和JVM

1．8養成良好的學習習慣

1．9如何導入本書的案例庫

第2章基礎知識

2．1本章任務

2．2Java基本程序結構

2．3Java程序基本代碼規範

2．3．1注釋規範

2．3．2標識符

2．3．3關鍵字

2．4數據類型與變量

2．4．1整型

2．4．2浮點型

2．4．3char型

2．4．4布爾型

2．4．5變量

2．4．6常量

2．5運算符、表達式與控制語句

2．5．1運算符

2．5．2關繫運算符

2．5．3邏輯運算符

2．5．4賦值運算符

2．5．5運算符優先級

2．5．6控制語句

2．6數組

2．7基本輸入輸出

2．8一個單機版、控制臺、隻有一個類的圖書管理繫統V2．0

2．8．1運行效果圖

2．8．2類結構示意圖

2．8．3代碼實現

第3章面向對像

3．1本章任務

3．2面向對像基本概念

3．3類與對像

3．3．1類

3．3．2對像

3．4封裝

3．5繼承

3．6多態

3．7抽像類和接口

3．7．1抽像類

3．7．2接口

3．8訪問控制

3．9異常

3．9．1什麼是異常

3．9．2異常處理

3．10三個常見的關鍵字static、final、this

3．10．1static關鍵字

3．10．2final關鍵字

3．10．3this關鍵字

3．11圖書管理繫統V3．0

3．11．1運行效果圖

3．11．2類結構示意圖

3．11．3代碼實現

第4章集合

4．1本章任務

4．2集合——數據結構Java實現

4．3Java集合的整體框架

4．4Collection接口

4．5List接口

4．5．1List接口簡介

4．5．2ArrayList集合

4．5．3LinkedList集合

4．6Set接口

4．6．1Set接口簡介

4．6．2HashSet集合

4．6．3TreeSet集合

4．7Map接口

4．7．1Map接口簡介

4．7．2HashMap集合

4．7．3TreeMap集合

4．8常用的三個工具：Iterator接口、Collections類、Arrays類

4．8．1Iterator接口

4．8．2Collections類

4．8．3數組工具類Arrays

4．9圖書管理繫統V4．0

4．9．1運行效果圖

4．9．2類結構示意圖

4．9．3代碼實現

第5章數據存儲

5．1本章任務

5．2IO

5．2．1基本IO

5．2．2更好用的IO

5．3文件繫統

5．3．1按字節讀取

5．3．2按字符讀取

5．3．3按行讀取

5．3．4隨機讀取

5．4圖書管理繫統V5．1

5．4．1運行效果圖

5．4．2類結構示意圖

5．4．3代碼實現

5．5數據庫

5．5．1JDBC簡介

5．5．2JDBC訪問數據庫的基本過程

5．5．3JDBC常用類

5．6MVC設計模式

5．6．1什麼是MVC設計模式

5．6．2為什麼要使用MVC設計模式

5．7圖書管理繫統V5．2

5．7．1運行效果圖

5．7．2類結構示意圖

5．7．3代碼實現

第6章界面

6．1本章任務

6．2畫畫的故事

6．3容器

6．3．1底層容器

6．3．2面板容器

6．4布局管理器

6．4．1布局管理器概述

6．4．2FlowLayout布局管理器

6．4．3BorderLayout布局管理器

6．4．4GridLayout布局管理器

6．5組件

6．5．1組件概述

6．5．2常用的組件

6．6事件監聽器和內部類

6．6．1事件處理模式

6．6．2事件類

6．6．3內部類

6．7圖書管理繫統V6．0

6．7．1運行效果圖

6．7．2類結構示意圖

6．7．3代碼實現

6．8把我們的界面變漂亮

第7章網絡編程

7．1本章任務

7．2網絡的幾個重要問題

7．3TCP編程

7．3．1什麼是TCP/IP

7．3．2TCP建立連接步驟(阻塞式)

7．3．3TCP建立連接步驟(非阻塞式)

7．4UDP編程

7．4．1什麼是UDP

7．4．2UDP建立連接步驟

7．5HTTP編程

7．5．1什麼是HTTP，為什麼要有HTTP

7．5．2HTTP建立連接步驟

7．6客戶/服務器模式

7．6．1控制臺上的簡單輸入輸出

7．6．2控制臺上的循環輸入輸出

7．6．3一個客戶端和一個服務器一次通信

7．6．4一個客戶端和一個服務器多次通信

7．6．5多個客戶端和一個服務器串行通信

7．6．6多個客戶端和一個服務器並行通信

7．6．7客戶端與服務器端HTTP通信

7．7圖書管理繫統V7．0

7．7．1運行效果圖

7．7．2類結構示意圖

7．7．3通信協議

7．7．4關鍵代碼

第8章多線程

8．1本章任務

8．2幾個概念

8．2．1進程

8．2．2線程

8．3生命周期

8．3．1線程生命周期概述

8．3．2為什麼要有生命周期

8．3．3線程生命周期詳解

8．4線程調度和線程優先級

8．4．1線程的調度

8．4．2線程的優先級

8．5創建線程的兩種方式

8．5．1繼承Thread類創建線程類

8．5．2通過Runnable接口創建線程類

8．6線程常用方法

8．7線程同步

8．7．1線程同步理解

8．7．2線程同步實現

8．8計時器Timer

8．9圖書管理繫統V8．0

8．9．1運行效果圖

8．9．2類結構示意圖

8．9．3代碼實現

第9章擴展——從圖書管理繫統到QQ

9．1本章任務

9．2總體結構

9．3服務器端

9．3．1運行效果圖

9．3．2類結構示意圖

9．3．3代碼實現

9．4客戶端

9．4．1運行效果圖

9．4．2類結構示意圖

9．4．3代碼實現

前言

本書是為大學本專科Java程序設計課程準備的教材。本書的編寫受到我上一本教材《Android程序設計教程》的激勵。沒想到上一本教材出版後，會有那麼多高校和同學一直在使用，這給了我很大的激勵，於是鼓起勇氣堅持就我負責的Java繫列另外兩門課寫出相應的教材，即《Java程序設計教程》《Java Web程序設計教程》，希望能夠幫到更多的同學。筆者總結了多年來的教學和工程經驗，力爭使本教材達到以下學習目標。
 在每一個重要的知識點上，以“what、why、how”的方式講解。在講是什麼(what)問題的時候，多做比喻、多講故事、多畫圖。讓同學們首先有感性認識，再落腳到程序代碼層面，讓學習的過程從感性認識到理性認識再到量化實現。在講原理(why)的時候，盡量深入透徹，這是對於同學們非常重要的要求。我常和我的學生們說，清楚原理纔能做出優秀的程序。後落實到how的問題，即使用的問題。
 全書貫穿一個實例，把大學教學常使用的“圖書管理繫統”作為實例，從第1章開始，安排在每一章的後一節。縱向，各章承前啟後，層層遞進，從簡單的控制臺、一個類圖書管理繫統→控制臺、多個類的圖書管理繫統→合理的數據結構、代碼設計的圖書管理繫統→帶數據庫的圖書管理繫統→有漂亮界面的圖書管理繫統→帶網絡連接的圖書管理繫統→帶多線程、多客戶端可以並行的圖書管理繫統。後，將圖書管理繫統稍作修改，實現了一個簡單的QQ程序。橫向，對於每一章，後一節的實例也是對本章學習內容的總結和實踐。
 我們根據多年來教學經驗，針對教學中學生實際存在的問題，在本書的實例中用簡單的方式融彙了面向對像、數據結構、數據庫、網絡編程、多線程、通信協議、程序結構、常用設計模式等同學們在前期課程中學習過，但在實際運用中不一定能掌握的重要知識點。我們的初衷是希望本書不僅僅是一門Java程序的教材，更希望同學們通過這門課程的學習，對整個本科階段的重要課程進行整理，以點帶面，啟發同學們的學習熱情。如在網絡編程一章，我們首先從幾個基本的網絡問題講起。這樣做的目的是盡可能地深入淺出，融會貫通，同時保證大部分幾乎零基礎的同學都能學會。這種編寫方式也是我們在實際教學中采用的授課方式。
 本書主要作為本科教材，因此這不是一本很厚的、面面俱到的Java書，而且我們認為本科的教學本身也應該是啟發式的教學。我在課堂上常要求同學們大學期間在專業課學習上做到三點：（1)扎實的專業基礎知識；（2)良好的英文讀寫水平；（3)快速掌握陌生知識。通過課堂上有限授課時間和學期內有限的課程學習，同學們打好基礎，掌握學習方法，相信有興趣的同學自然會“自學長纔”，我想這也是大學學習的要領。也是基於這個想法，這本教材講到的知識都是重要、基礎的問題，因此在書中沒有要求Java版本問題。
 為了配合教學和同學們自學，本書提供了配套教學的PPT和所有章節的源代碼。讀者可到清華大學出版社網站進行下載。

本書的寫作工作是由我們實驗室三位老師共同完成的，幾位作者都是長期在Java領域從事理論教學、工程實踐、項目合作的老師。我們的想法是通過我們的努力，以開放的心態，能夠幫助更多的希望學習Java的同學。
整個書稿從開始有創作想法到後出版，前前後後修改了幾十稿，光我們實驗室打印機的墨盒就換了兩塊，反復打印、修改。寫書真的既是技術活又是體力活，把上課時講授的知識點變成文字是個巨大的工程。誠然，即便是我們非常努力完善書稿，但由於我們水平有限和時間倉促，本書可能還會有這樣或那樣的問題，懇請讀者批評指正。我們希望本書的第二版、第三版等不僅是內容的更新，還會加入更多有趣的知識點。
後，感謝我的家人對我工作的支持，感謝實驗室的前輩、同事對我工作一直給力地支持，感謝實驗室的同事和我一起討論、拼搏的美好時光。
本書的完成得到重慶市重點研發項目（No.cstc2017zdcyzdyfx0002,cstc2017zdcyzdyfx0092）、重慶市基礎科學與前沿技術研究項目（No.cstc2017jcyjAX0099）和重慶研究生教育教學改革研究項目（No.No.yjg183081）資助。
編者

2019年4月

第5章數據存儲

本章中，我們將了解如何進行讀取和存儲數據、數據存儲的不同形式及其所涉及的相關知識，由此我們便能夠分辨出它們的優缺點。
5．1本 章 任 務
理論任務： 了解I/O的基本概念，對於文件繫統有基本認識，學會使用JDBC連接數據庫，並對數據庫中的數據進行存儲和讀取，同時學習MVC設計模式，將編寫的程序代碼按照MVC設計模式進行重構。
實踐任務： 在之前的章節中，booklist中的內容都是存儲在內存中的，不能保證數據的長期存儲。在這一章中，我們將會把數據存儲在硬盤中，通過文件或者數據庫的形式對數據進行長期保存，保證數據不丟失。同時，我們將講解MVC的設計模式，並對之前的代碼進行重構，將顯示內容、數據操作類、控制類進行分類和歸類，降低程序耦合度，以便提高開發效率、方便代碼維護。
5．2IO
IO(輸入輸出)在Java及眾多編程語言中都是極其重要的一部分，在Java中，輸入輸出主要采用數據流的方式實現，在本節中，我們將講解基本的輸入輸出方法。
5．2．1基本IO
正如2．7節中提到的，按照標準的I/O模型，Java提供了System．in、System．out進行輸入輸出操作，在使用過程中，因為System．out被包裝，我們可以直接使用，但是System．in是一個沒有被包裝過的InputStream，所以在使用過程中，我們需要自己包裝System．in。並且在其使用過程中，通常我們使用readline()一次一行讀取數據，但是在實際操作中，除了對數據進行一行一行的讀取，我們還可能對數據進行數組的存儲或者字符的截取。這時，我們會發現，針對不知道長度或者大小的輸入，我們的操作會變得困難而復雜，所以在下節中，我們將會講解更方便的IO操作。
5．2．2更好用的IO
Java的輸入輸出功能都是基於類庫java．io包來實現，java．io庫提供了全面的IO接口，並且Java中IO是以流為基礎的。流是什麼呢？流是一組有順序的，有起點和終點的字節集合，當程序需要讀取數據的時候，就會開啟一個通向數據源的流，Java將來自不同源和目標的數據統一抽像為數據流。
在Java的IO操作中，對流的操作分為讀和寫兩種。根據流的運動方向，我們將流分為輸入流和輸出流，這裡的輸入輸出都是以計算機內存為參照物的，所以，從鍵盤等外設流入計算機內存的數據序列稱為輸入流，反之，從計算機內存流出的數據序列稱為輸出流。
Java按素的基本類型，將數據流分為字節流和字符流。以字節為單位傳輸數據的流稱為字節流； 以字符為單位傳輸數據的流稱為字符流。根據功能的不同，又將流分為節點流和處理流。直接從數據源讀寫數據的流為節點流； 從其他的流上進行數據處理的流為處理流。Java中所有的流類型分別繼承四種抽像流類，如表51所示。

表51四種抽像輸入輸出流

字節流
字符流
輸入流
InputStream
Reader
輸出流
OutputStream
Write

在本節中我們將根據流的分類從輸入和輸出方面講解更好用的IO。
1． 輸入流
在Java中，把能夠讀取一個字節序列的對像稱為字節輸入流，把能夠寫一個字節的對像稱為字節輸出流。
輸入流又分為字節輸入流和字符輸入流，這兩個類下又分為多個類，其中，字節輸入流依靠InputStream類及其子類實現，字符輸入流由Reader類及其子類實現。
(1) InputStream類
InputStream類是一個抽像類，是所有基於字節的輸入流的超類，InputStream類的定義如下。

public abstract class InputStream implements Closeable;

可以看出，InputStream抽像類繼承了Closeable類，由於InputStream作為一個抽像類，不能用new創造實例，所以對字節輸入流的操作，都是由它的子類對像完成，它的子類結構如圖51所示。

圖51InputStream類的派生類

從圖51中，我們可以看到，字節輸入流根據類型和操作方式不同，劃分了不同的子類，其中我們主要講解文件字節輸入流(FileInputStream)。
FileInputStream可以從文件繫統中的某個文件中獲得輸入字節，簡單地說，就是用於讀取本地文件中的字節數據，FileInputStream類的構造函數主要有以下三種。
 FileInputStream(File flie)： 以file指定的文件對像創建文件輸入流。
 FileInputStream(FileDescriptor fdObj)： 以fdObj指定的文件描述對像創建文件輸入流。
 FileInputStream(String name)： 以字符串name指定的文件名創建文件輸入流。
可以看到，三個構造函數的區別隻是參數的不同，所以FileInputStream構造方法可以接受字符串、file對像。其次，它的構造函數在使用的時候需要指定文件的來源，FileInputStream類的常用方法如表52所示。

表52FileInputStream類的常用方法