JAVA编程艺术

　　第一部分 Java 精 髓

　　1991年，Sun Microsystems公司开始研究一种新的计算机语言，这种语言最后撼动了传统编程的基础。起初，这种语言被命名为Oak，到1995年正式命名为Java。Java在两个方面改变了编程的过程。第一，Java集成了有利于编制Internet程序的特性。第二，Java发展了计算机语言的精髓。因此，Java的重要性体现在两点：对Internet的内嵌支持和对计算机语言发展的推动。这两点中的任何一点都足以使Java成为一种出色的语言;但是只有将这两点成功地结合起来，Java才能成为一种伟大的语言，才能确定它在计算机历史中的地位。

　　简单数据类型和对象：完美的平衡

　　设计一种面向对象语言所面临的最大挑战，就是如何平衡对象和简单数据类型之间的抉择。从纯理论的观点来看，每种数据类型都应该是一个对象，并且都应该从一个共同的父对象派生而来。这就使得所有数据类型以相同的基本模式运作，共享一个公共的基类属性集合。现在的问题在于，如果将简单数据类型(如int和double)作为对象处理，那么对象机制所引起的额外开销会导致性能(performace)的下降。由于简单数据类型通常用于循环控制和条件语句，所以这些额外开销将带来广泛的负面影响。诀窍就是如何在“一切都是对象”的理想和“性能衡量”的现实之间找到正确的平衡点。

　　Java非常巧妙地解决了对象与简单数据类型之间的问题。首先，Java定义了8种简单类型：byte、short、int、long、char、float、double和boolean。这些类型能够直接转换为二进制代码。因此，CPU可以直接处理int类型的变量，而无需任何额外开销。在Java中，处理简单数据类型和其他语言一样快速高效。因此，由int型变量所控制的for循环可以高速运行，而不受任何对象化所带来的负面影响。

　　除了这些简单数据类型，Java中的其他数据类型都从一个共同超类(Object类)派生而来。因此，所有这些数据类型都共享从父类继承而来的方法和属性集。例如，所有对象都有toString()方法，因为toString()是父类Object中定义的方法。

　　由于简单数据类型不是对象，因此Java可自由地以略有不同的方式处理对象和非对象。这就是Java的真正精髓所在。在Java中，所有对象都通过引用访问，而非直接访问;只有简单数据类型才可以直接访问。因此，Java程序绝对不会直接操作一个对象。这种策略可以带来很多好处，最直接的好处就是能够高效地实现垃圾回收。因为所有对象都通过引用访问：当一个对象没有被引用时，它将被回收。另一个好处是，每个Object类型的指针可以引用系统中的任何对象。

　　当然，通过引用访问对象将产生额外开销。因为一个引用实际上是一个地址(即指针)。于是对每个对象的访问不是直接进行的，而是通过地址间接完成的。尽管现代CPU可以高效地处理间接访问，但是间接访问总是不如直接处理数据本身快，简单数据类型即是通过直接方式进行的。

　　尽管简单数据类型的处理非常高效，但是有些时候仍然需要使用跟某个简单类型等价的对象。例如在运行时创建一个整型链表，并在不再使用时将其回收(垃圾回收)。为了处理此类情况，Java为简单类型(如Integer和Double)定义了包装器(wrapper)。包装器使得简单类型在必要时可参与到对象层次的操作中来。Java关于对象和简单数据类型的平衡问题。它支持编写高效程序，同时又完美地解决了允许实现对象模型，而不用担心对简单数据类型的性能会产生负面影响。

　　通过垃圾回收实现内存管理

　　垃圾回收作为一种内存管理技术已经存在了很长时间，但是Java使它焕发出崭新的活力。在C++等语言中，内存必须人工管理，程序员必须显式地释放不再使用的对象。这是问题产生的根源，因为忘记释放不再使用的资源，或者释放了正在使用的资源都是很常见的事情。Java代替程序员完成了这些工作，从而防止了此类问题的发生。在Java中，所有的对象都是通过引用访问的，这样，当垃圾回收器发现一个没有引用的对象时，就知道该对象已经不被使用，并且可以回收了。如果Java允许对象的直接访问(与简单数据类型的访问方式类似)，那么这种有效的垃圾回收方法将无法实现。

　　Java的垃圾回收策略在普遍意义上反映了Java的理念。Java设计人员花费了大量的精力，来防止其他编程语言经常出现的典型问题，例如程序员经常忘记释放资源，或者错误地释放正在使用的资源。因此，使用垃圾回收策略有效地避免了此类问题的发生。

　　完美的简单多线程模型

　　Java的设计者所提供的编程特性，包括对多线程多任务的语言级支持。多任务具有两种类型：基于进程的多任务和基于线程的多任务。在基于进程的多任务中，最小的可调度单元是进程。进程实际上就是正在执行的一个程序。因此，基于进程的多任务就是允许计算机同时运行两个或多个程序的特性。在基于线程的多任务中，最小的可调度单元是线程。线程定义了一个程序内的某条执行路径。因此，一个进程可以包含有两个或更多的执行线程，而多线程程序可以有两个或更多个可以并发执行的部分。

　　尽管基于进程的多任务通常是操作系统提供的功能，基于线程的多任务却可以极大地受益于程序设计语言级别的支持。例如，C++没有对多线程编程提供内置支持，于是就必须依赖于操作系统来处理多线程任务。这就意味着创建、启动、同步和结束线程都必须通过对操作系统的多次调用来实现。因此C++中的多线程代码是不可移植的。这也使得C++编程中的多线程没有得以广泛应用。

　　由于Java内置了对多线程的支持，哪些在其他语言中必须由手工完成的工作，现在都可以由Java自动处理。Java多线程模型中最有特色的部分之一，就是其实现同步的方式。同步建立在两种创新的特性之上。首先，在Java中，所有的对象都有充当互斥锁的内置侦听器。在给定的时刻，任何侦听器只能由一个线程拥有。通过使用synchronized关键字对方法进行修饰，可以启用锁定特性。在调用同步方法时，该对象就被锁定，而试图访问该对象的其他线程就只能等待。其次，Java对同步的支持也可以从所有类的共同超类Object中体现。Object声明了下面三个同步方法：wait()、notify()和notifyAll()。这些方法支持线程间通信。因此，所有的对象都对线程间通信有内置的支持。通过和同步方法结合使用，这些方法可以为线程的互操作提供高级别的控制。

　　通过将多线程作为语言的一个易于使用的内置特性，Java改变了人们关于程序基本体系结构的观念。在Java出现之前，大部分程序员将程序看成是，只有一条执行路径的单块结构。在Java出现之后，程序演变为多个可互操作的并发任务的集合。这种并发机制的改变对于计算产生了深远的影响，但是其最重大的影响可能是使得软件组件的使用更为便捷。

　　完全集成的异常机制

　　异常(exception)的概念性框架出现在Java产生之前。因此，在Java出现之前，其他编程语言就已经提出了异常的概念。例如C++提出异常概念的时间，就比Java诞生的时间早了许多年。异常在Java的最初设计中就已经引入了，而不是在Java产生之后才加入的，因此Java对于异常机制的实现就显得非常重要。异常机制是在Java语言中完全集成的sdudd0103，是Java的基本特征之一。

　　Java异常机制的关键在于异常是必须使用的，而不是可选的。通过异常处理错误是Java语言的规则，这与C++是有区别的。例如，C++同样支持异常机制，但是这种机制并未完全集成到整个编程环境中。考虑打开或者读取一个文件的操作。在Java中，如果某个操作发生错误，将抛出一个异常。而在C++中，打开或者读取文件的方法会返回一个专用错误代码，报告操作中发生的错误。因为C++库仍然依赖于错误返回代码而不是异常，所以从本质上来说，C++并不支持异常，程序必须不断地进行人工检查，以避免可能出现的错误。但是在Java中，程序员只需要简单地使用一个try/catch代码块，就可以自动捕捉到任何错误。