Секреты программирования для Internet на Java

Для того чтобы понять принцип объектной ориентации, достаточно запомнить один факт: компьютер не мыслит так, как это делают люди. Он просто запоминает в своих регистрах нули и единицы. Антитезисом к слову "интуиция" является слово "язык ассемблера" - очень узкий угол зрения на решение вселенских проблем. Компьютеры живут в упрощенном мире, мы, наоборот, - в чрезмерно сложном. Простая механическая операция, занимающая у нас часы, занимает у компьютера лишь сотые доли секунды, тогда как ученые до сих пор не нашли способа обучить компьютер составлению элементарно грамотного предложения на естественном языке.

На начальной стадии компьютерной эволюции мы были вынуждены играть по их правилам. Потом были разработаны языки, позволяющие более удобно для нас, людей, объяснять компьютерам, что именно мы от них хотим. Первым настоящим прорывом было создание процедурных языков. Вместо того чтобы передавать компьютеру огромный список инструкций, программист теперь мог ограничиться небольшим списком, инструкции из которого могли повторяться многократно - это называется подпрограммами.

Объектная ориентация дала нам в руки новый уровень абстракции. Правда, этот подход попрежнему далек от того, как мы привыкли приниматься за решение проблемы. Попробуйте визуализировать следующие инструкции: "пойди в магазин, купи молока, вернись домой". Мы предписали совершить три определенных действия, однако скорее всего вы начнете думать над задачей, ориентируясь не на глаголы, а на существительные. Например, вам не хочется, чтобы купленное молоко было скисшим, и не хочется идти в тот магазин, где молоко не продается. Если мы спросим, как вы будете решать эту задачу, вы ответите: "Начиная с той позиции, где я сейчас нахожусь, я пойду поищу какое-нибудь транспортное средство и проеду до того магазина, где продается молоко. Затем я куплю молоко, проверив, не скисшее ли оно, а затем вернусь в то место, где я живу".

Суть нашей молочной задачи состоит в том, что мы имеем дело со свойствами объектов - молока, магазина, места проживания. Процедурные языки программирования заставляют сконцентрироваться на действиях, которые необходимо совершить для решения проблемы. Объектно-ориентированные языки позволяют рассматривать ситуацию с точки зрения вовлеченных в нее объектов и их свойств. Вместо того чтобы проверять каждый пакет молока в поисках свежего, мы можем приписать объекту "молоко" свойство "скисшее". В табл. 1-1 проиллюстрированы все наши объекты, их свойства и вопросы, которые к ним применимы.

Транспортное средство Дальность поездки Какие магазины находятся в пределах дальности?

Программа на Java записывается в рамках представления объектов, вовлеченных в задачу. Как будет видно из главы 3, наши объекты будут весьма точно повторять подход, отраженный в табл. 1-1. Например, для того чтобы запрограммировать разобранную ситуацию на Java, необходимо написать процедуры, отвечающие на поставленные в третьем столбце вопросы и присваивающие значения переменным, указанным во втором столбце таблицы. Разница в том, что эти процедуры относятся исключительно к объектам. Это ключевой момент в объектноориентированном программировании - описывать задачу в тех терминах, в которых мы ее решаем сами.

Встроенная работа с сетью

С самого начала предполагалось, что Java будет сетевым языком программирования. Мы уже знакомы с преимуществами использования виртуальной машины Java. Она предотвращает возможность повреждения компьютера от действий загруженных по сети некорректных программ, позволяет программам загружаться быстро и не зависеть от архитектуры компьютера.

Все эти преимущества встроены в язык Java, и мы даже можем о них не думать, занимаясь повседневным программированием. Поскольку Java изначально предназначен для сети, в его интерфейс прикладного программирования, API, встроены механизмы взаимодействия с сетью. При помощи API мы можем работать с сетью как на высоком уровне абстракции, пользуясь услугами URL (Uniform Resource Locator), так и на самом низком уровне, просто перемещая пакеты данных туда и обратно.

www.books-shop.com

У нас есть возможность писать апплеты, общающиеся с компьютером, с которого они были загружены. В главе 19 мы напишем именно такой апплет. Апплет будет загружаться при помощи стандартного протокола HTTP (HyperText Transfer Protocol). HTTP предназначен только для извлечения информации, а не для обмена данными, поэтому загруженный апплет будет пользоваться собственным протоколом для последующего взаимодействия с Web-сервером.

В этом примере мы не занимались шифрованием передаваемых данных, но если захотите, вы без труда сможете его реализовать. Если вдруг вы изобретете новый механизм, скажем, сжатия видеоданных, вам достаточно будет написать апплет, который знает этот механизм, и сервер, знающий, как передавать видео. Вместо того чтобы писать громадную клиентскую программу и уговаривать людей ее установить, вы просто пишете апплет, который, загрузившись, сам становится клиентом для приема видео. API дает вам способ самостоятельно определить методы и протоколы передачи данных по сети, в то время как независимость от компьютерной платформы гарантирует, что апплет будет работать везде.

Java - динамический язык

Скомпилированная программа на C/C++ представляет собой монолитный файл, наполненный машинными инструкциями. В случае больших программ его размер исчисляется мегабайтами. Когда вы пишете большой проект, нередко случается, что в нем используется уже когда-то написанный код. В таком случае помогают библиотеки. При компиляции ваш код объединяется с кодом из библиотеки, и все это вместе становится исполняемой программой. Если в библиотеке обнаружится ошибка, каждая скомпилированная с ее помощью программа будет нуждаться в повторной компиляции. У Java-программ эта проблема отсутствует. Дело в том, что модули Javaпрограммы собираются только в момент ее исполнения, а до этого существуют отдельно друг от друга. Это значит, что модули Java-программы существуют независимо от программ, которым они принадлежат.

Java - многопотоковая среда

Вы хотели когда-нибудь быть одновременно в двух местах? Если да, то многопотоковое программирование - для вас. Так же как и объектная ориентация, многопотоковость придумана, чтобы облегчить вам жизнь как программисту. Ее задача - позволить описать набор действий, которые должны происходить одновременно.

Предположим, что вы пишете программу рисования на экране компьютера окружности, начиная с центра с постепенно возрастающим радиусом. Программу можно записать в псевдокоде следующим образом:

// псевдокод, а не Java! set_center set_the_color

radius=1 do {

draw_circle(radius) radius=radius+1

}

while (radius final_circle_size)

Вы показываете программу своему шефу, но он просит написать программу, рисующую одновременно две окружности. Назад, к рабочему столу! Результат вашего творчества напоминает следующее:

// псевдокод, а не Java! set_center_for_Circle1 set_center_for_Circle2 set_color_for_Circle1 set_color_for_Circle2 Circle1_radius=1 Circle2_radius=1

do {

if (Circle1_radius final_circle1_size) draw_circle1(Circle1_radius)

if (Circle2_radius final_circle2_size) draw_circle2(Circle2_radius)

www.books-shop.com

if (Circle1_radius final_circle1_size) Circle1_radius=Circle1_radius+1

if (Circle2_radius final_circle2_size) Circle2_radius=Circle2_radius+1

}

while (Circle1_radius final_circle1_size AND

Circle2_radius final_circle2_size)

Все, что мы здесь делаем, - это последовательно повторяем каждую инструкцию для обеих окружностей. Механическое повторение хорошо поддается программированию, в особенности многопотоковым способом. Вместо того чтобы повторять одни и те же инструкции для обеих окружностей, мы можем записать инструкции для одной, оформив их в виде потока, а затем запустить этот поток два раза для двух различных окружностей.

Если вы видели работу апплетов на Web, в частности анимацию, вы, вероятно, уже знакомы с внешним проявлением многопотоковости языка Java.

Что дальше?

Теперь, когда вы получили представление о том, что такое Java и апплеты, начнется настоящая работа. В следующей главе мы установим комплект разработчика Java (JDK) и напишем несколько простых программ. Затем в главе 3 мы познакомимся с объектной ориентацией в Java, объясним синтаксис и семантику языка в главе 4. В главе 5 мы напишем несколько простых апплетов. Далее мы изучим Java API, напишем массу профессиональных апплетов с использованием графических интерфейсов и апплетов, обменивающихся данными по сети.

www.books-shop.com

смысл проверить, какую версию можно взять с Online Companion, прежде чем приступать к инсталляции с прилагаемого к книге диска.

Оболочки для программирования на Java третьих фирм

Многие фирмы - поставщики программного обеспечения (в частности, Borland и Symantec) в настоящее время заняты разработкой своих оболочек для программирования на Java. Все эти фирмы планируют включить в состав своих оболочек графический интерфейс пользователя, который сделает эти оболочки более удобными в использовании в сравнении с JDK. Разумеется, все эти продукты уже не будут бесплатными. Чтобы не сужать круг читателей, мы в этой книге решили ограничиться описанием только JDK фирмы Sun. Когда новые оболочки программирования для языка Java будут появляться на рынке, мы будем помещать краткие рецензии на них на странице Online Companion.

Выбрав источник инсталляции - прилагаемый к книге диск или Интернет, - вы должны перенести содержимое JDK в свою файловую систему. При установке с CD-ROM эта работа сводится к копированию файлов на жесткий диск, а выбрав в качестве источника установки Интернет, вы должны будете скачать файл с дистрибутивом JDK из сети и разархивировать его. Информацию о том, как это сделать на конкретной компьютерной платформе, вы найдете в одном из двух приложений - Приложении А, "О странице Online Companion", или Приложении Б, "Диск CD-ROM". Перенеся файлы JDK на свой компьютер, вы можете приступать к установке. В следующих разделах собраны подробные инструкции по установке JDK для каждой из платформ, для которых существует версия Набора разработчика. По мере появления версий для других платформ инструкции по установке для них мы также поместим на страницу Online Companion.

Инсталляция для Windows 95/Windows NT

Прежде чем следовать нижеприведенным инструкциям, вы должны поместить все файлы JDK на свой жесткий диск, скопировав их с диска CD-ROM. Поместить эти файлы можно в любой каталог. Находясь в этом же каталоге, вы должны установить значение переменной окружения CLASSPATH, которая позволит компилятору Java найти вспомогательные классы, нужные ему для компиляции Java-программ. Например, если вы поместили файлы дистрибутива в каталог C:\JAVA, вы должны установить переменную CLASSPATH, напечатав следующую команду в строке приглашения DOS:

C: SET CLASSPATH=.;C:\JAVA\LIB

Эту команду имеет смысл поместить в файл AUTOEXEC.BAT. Кроме того, вам, вероятно, покажется удобным добавить каталог с исполняемыми файлами JDK в путь поиска, задаваемый командой PATH. Если вы установили JDK в каталог C:\JAVA, то все исполняемые файлы будут помещены в каталог C:\JAVA\BIN, который и нужно будет добавить к списку каталогов команды

PATH в файле AUTOEXEC.BAT.

Установив значения переменных окружения, вы можете приступать к программированию на языке Java. Первое, что вам понадобится для этого, - текстовый редактор. Практически единственное требование к текстовому редактору для написания программ - это возможность сохранять файлы в простом текстовом формате и с расширением .java. Желательно также, чтобы выбранный вами текстовый редактор был достаточно быстрым, в то время как, например, возможности оформления текста различными шрифтами совсем не обязательны. К примеру, Microsoft Word 7.0 лучшим выбором для программиста никак не назовешь. Идеальный текстовый редактор позволит вам также осуществлять простейшую проверку синтаксиса (например, парность скобок) одновременно с вводом текста программы. Если у вас установлена одна из оболочек для программирования на С/С++, вы можете попробовать использовать встроенный текстовый редактор этой системы.

Power PC Macintosh

Как только вы разархивируете файлы JDK на вашей файловой системе, Набор разработчика будет готов к работе. Обращайтесь к Приложениям А и Б за инструкциями по копированию файлов с диска CD-ROM или скачиванию файлов со страницы Online Companion и их разархивированию. Версия JDK для Macintosh, которую вы найдете на прилагаемом к книге диске, может использоваться только для создания апплетов. Если вы помните, в первой главе мы говорили о том, что Java-программы выполняются в рамках так называемой виртуальной машины, а виртуальная машина для запуска апплетов отличается тем, что она изолирует их и не позволяет им причинить какой-либо вред компьютеру. К моменту сдачи этой книги в типографию для компьютеров Macintosh существовала версия только такой виртуальной машины, которая поддерживает апплеты. Это означает, что вам понадобится программа просмотра апплетов

www.books-shop.com

(appletviewer) для запуска многих простых программ, которые иллюстрируют в этой главе принципы языка Java. Для запуска этих программ вы должны сделать следующее:

1.Щелкните по значку программы просмотра апплетов на верхнем уровне разархивированного JDK.

2.Щелкните мышью по файлу index.html. Это приведет к запуску апплета под названием ProgramRunnerApplet.java, который, в свою очередь, позволит вам запускать простые программы, как если бы вы управляли ими из командной строки на компьютере с Windows

или UNIX.

Конечно, рано или поздно у вас появится возможность запускать самостоятельные Javaпрограммы на компьютере Macintosh. Но пока, чтобы познакомиться с приводимыми здесь примерами, вам придется пользоваться программой просмотра апплетов.

Однако прежде чем запускать Java-программы, вы должны иметь возможность вводить их текст. Для этого вам понадобится текстовый редактор, который обязательно должен уметь сохранять файлы в простом текстовом формате. Очень полезной будет также возможность производить несложную проверку синтаксиса одновременно с вводом программного кода. Если у вас на компьютере уже установлена одна из оболочек программирования для С++, вы можете использовать встроенный в нее текстовый редактор для ввода Java-программ.

UNIX

Прежде чем приступать к выполнению нижеприведенных инструкций, поместите все файлы, входящие в JDK, на свой жесткий диск. Для этого вам нужно будет скачать дистрибутив JDK со страницы Online Companion (о том, как это сделать, вы прочтете в Приложении А).

На жестком диске вы можете поместить файлы JDK в любой каталог. Находясь в этом же каталоге, вы должны установить переменную окружения CLASSPATH, которая позволит компилятору Java находить вспомогательные классы, которые нужны ему для компиляции Javaпрограмм. Предположим, что вы поместили файлы дистрибутива в каталог /usr/local/java. Затем, находясь в строке приглашения оболочки, вы должны установить значение переменной CLASSPATH. Команды для различных оболочек UNIX, позволяющие сделать это, перечислены в табл. 2-1 (вы можете добавить эту команду в свой файл .login).

Таблица 2-1. Установка значения переменной окружения CLASSPATH

Вам, вероятно, покажется удобным добавить каталог с исполняемыми файлами Набора разработчика в путь поиска. Если вы установили JDK в каталог /usr/local/java, то все исполняемые файлы будут помещены в каталог /usr/local/java/bin, который и нужно будет добавить к списку каталогов пути поиска в файле .login.

Следующий шаг - выбор текстового редактора. На эту роль подойдут такие распространенные редакторы, как Emacs, vi или pico.

Первая программа на Java

Теперь нам предстоит проверить работоспособность установленного программного обеспечения. Текст примера 2-1, как и всех остальных примеров в этой книге, вы найдете на диске CD-ROM и на странице Online Companion (см. врезку "Где найти файлы с примерами"). Пользователи Macintosh должны загрузить в программу просмотра апплетов файл

/Chapter2/Example1/appleProgram.html с диска CD-ROM. Если ваш компьютер - не Macintosh, вам лучше ввести этот первый пример самостоятельно, чтобы вы могли заодно опробовать в работе свой текстовый редактор.

СОВЕТ Пользователи Macintosh должны будут прибегнуть к помощи текстового редактора позднее, в следующих разделах этой главы.

www.books-shop.com

}

Наша программа теперь будет печатать на выходе все переданные ей параметры командной строки. Например, если вы запустите эту программу такой командой:

java PrintCommandLineParameters parameter1 parameter2 parameter3 parameter4

то на выходе вы получите следующее:

Hello, Java!

Here is what was passed to me: parameter1

parameter2

parameter3

parameter4

СОВЕТ Метод main аналогичен функции main, которая должна присутствовать в любой программе на С или С++.

Простой текстовый вывод

Как вы уже, вероятно, догадались, метод System.out.println позволяет выводить текст на экран. Этот метод очень удобен для текстового вывода в несложных программах вроде тех, с которыми мы сейчас работаем. Когда мы с вами перейдем к созданию апплетов, мы должны будем научиться выводить графическую, а не только текстовую информацию. А сейчас давайте познакомимся поближе со свойствами метода System.out.println.

Как вы уже видели, если передать методу System.out.println строку символов, заключенную в пару двойных кавычек, этот метод выведет данную строку на экран, завершив ее переводом строки. Кроме того, этот метод можно использовать для печати значений переменных - как по отдельности, так и совместно со строками символов в кавычках.

Пример 2-3. Использование метода System.out.println. public class PrintlnExample {

public static void main(String ARGV[]) { System.out.println("This example demonstrates the use"); System.out.println("of System.out.println"); System.out.println("\nYou can output variables values"); System.out.println("like the value of an integer:\n"); int i=4;

System.out.println("variable i="+i); System.out.println(i);

}

}

Как устроена Java-программа

Мы с вами только что написали простую программу на языке Java. Давайте воспользуемся этой программой, чтобы уяснить, из каких основных строительных блоков состоят Java-программы. Наша программа содержит не все из этих блоков, поэтому мы сейчас приступим к ее расширению и усложнению, чтобы задействовать в нашей программе большинство элементов, которые применяются во всех Java-программах.

Впрочем, не ждите, что, прочитав следующие несколько страниц, вы уже будете понимать основы этого языка. Объектно-ориентированные свойства языка Java рассматриваются в следующей главе, а формальный синтаксис языка обсуждается в главе 4. Цель же этой главы - помочь вам понять, что представляет собой Java-программа в целом. При этом важно помнить, что все программы, которые мы будем рассматривать в этом разделе, не относятся к апплетам. (Простейший апплет, выводящий надпись "Hello, Applet!", мы с вами напишем ближе к концу этой главы.) Тем не менее почти все, о чем мы здесь будем говорить, в равной мере относится и к апплетам, которые представляют собой полноправные Java-программы - пусть и запускаемые не из командной строки, а на Web-странице.

Обзор структуры Java-программы

www.books-shop.com

Все Java-программы содержат в себе четыре основные разновидности строительных блоков:

классы (classes), методы (methods), переменные (variables) и пакеты (packages). На каком бы языке вы ни программировали до сих пор, вы скорее всего уже хорошо знакомы с методами, которые есть не что иное, как функции или подпрограммы, и с переменными, в которых хранятся данные. С другой стороны, классы представляют собой фундамент объектно-ориентированных свойств языка. Пока что для простоты можно сказать, что класс - это некое целое, содержащее в себе переменные и методы. Наконец, пакеты содержат в себе классы и помогают компилятору найти те классы, которые нужны ему для компиляции пользовательской программы. Как мы увидим в главе 3, "Объектная ориентация в Java", классы, входящие в один пакет, особым образом зависят друг от друга. Однако пока, опять-таки для простоты, мы можем рассматривать пакеты просто как наборы классов. Даже простейшая программа, которую мы написали, чтобы протестировать установленный JDK, содержит в себе все эти составные части.

Все, о чем мы сейчас говорили, присутствует в любой Java-программе. Однако Java-программы могут включать в себя составные части и других видов, о которых мы сейчас подробно говорить не будем. Некоторые сведения об этих разновидностях составных частей приведены в табл. 2-2. Все, что описано в этой таблице, не обязательно требуется для каждой Java-программы, однако во многих программах из тех, которые мы будем писать, без этих составных частей будет не обойтись.

Java-программа может содержать в себе любое количество классов, но один из этих классов всегда имеет особый статус и непосредственно взаимодействует с оболочкой времени выполнения. В качестве такого особого класса оболочка времени выполнения всегда воспринимает первый из классов, определенных в тексте программы. Мы будем называть этот класс первичным классом (primary class). В примере 2-1 первичным классом был OurPrimaryClass. В первичном классе обязательно должны быть определены один или несколько специальных методов.

Когда программа запускается из командной строки, как мы делали это с примером 2-1, системе требуется только один специальный метод, который должен присутствовать в первичном классе, - метод main. Ниже, когда мы приступим к программированию апплетов, мы увидим, что первичный класс в апплете должен содержать уже несколько таких специальных методов.

Теперь мы перейдем к подробному рассмотрению каждого из четырех основных блоков Javaпрограммы - переменных, методов, классов и пакетов.

Переменные

Видимо, понятие переменной не требует слишком подробных объяснений; удобнее всего представлять себе переменную как хранилище для единицы данных, имеющее собственное имя. Любая переменная в языке Java, как и в большинстве других языков программирования, принадлежит к определенному типу. Тип переменной определяет, какого рода информацию можно в ней хранить. Например, переменные типа int используются для хранения целочисленных значений. Приведем пример использования переменной этого типа.

Пример 2-4. Использование переменной. public class UsesInt {

public static void main(String S[]) { int i=4;

System.out.println("Value of i="+i);

}

}

В этом примере мы использовали знак операции присваивания = для того, чтобы присвоить переменной i значение 4, а затем вывели значение этой переменной с помощью метода System.out.println. Тип переменной, который мы использовали в данном примере, относится к одной из двух больших групп типов, используемых в Java, - к примитивным типам (primitive

www.books-shop.com