引入JDK源碼學(xué)習(xí)的Java程序設(shè)計實踐教學(xué)

文章編號：1672-5913（2015）07-0040-03

中圖分類號：G642

摘 要：提出在課程中引入JDK源碼的學(xué)習(xí)，闡述通過閱讀、分析、重寫及應(yīng)用JDK源碼，學(xué)習(xí)JDK源碼中的語法、基本庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設(shè)計模式等內(nèi)容，能提高源代碼的閱讀能力、編寫規(guī)范代碼的能力，并為應(yīng)用設(shè)計模式、架構(gòu)復(fù)雜項目打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：Java程序設(shè)計；JDK；源碼；實踐教學(xué)；編程能力；設(shè)計模式

0 引言

Java語言是當(dāng)前最流行的面向?qū)ο缶幊陶Z言之一，具有平臺無關(guān)性、多線程、分布式及安全性等特點。作為計算機專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的一門重要課程，Java語言也不只講語言語法，而更加注意其實踐應(yīng)用，所以加強其編程實踐和應(yīng)用是該課程的重要目標。特別是當(dāng)前用人單位對大學(xué)生的綜合素質(zhì)提出了新的要求，這就迫切需要對現(xiàn)有的教學(xué)模式進行改革，才能適應(yīng)計算機教學(xué)的需要。根據(jù)實踐，我們提出在課程中引入JDK源碼的教學(xué)方法。

JDK（ Java Development Kit）是Java語言的軟件開發(fā)工具包，包括JavaSE、JavaEE、JavaME等多個版本，其中最基礎(chǔ)的是JavaSE。在JDK中，有一系列的開發(fā)工具、運行環(huán)境，還有最重要的JDK文檔及JDK源碼。JDK源碼用于程序設(shè)計的實踐教學(xué)中，能有效提高學(xué)生的程序設(shè)計能力，切實提高教學(xué)效果，是教學(xué)改革的一條途徑。筆者將JDK源碼給學(xué)生進行閱讀、分析、改造、應(yīng)用，使其掌握編程思想、編碼方式、采用的技術(shù)、應(yīng)用過程等相關(guān)知識。

1 學(xué)習(xí)內(nèi)容

JDK源碼的量很大，要學(xué)習(xí)的內(nèi)容也涉及多個方面。

1.1 語法方面的學(xué)習(xí)

Java程序設(shè)計課程首先要讓學(xué)生學(xué)會Java語法，Java語言的語法不僅枯燥，而且不容易掌握。在JDK源碼中有大量語法的體現(xiàn)，從變量、常量到運算符、語句、類的定義等方面都有很好的體現(xiàn)，所以精簡一部分包及類來進行學(xué)習(xí)，體現(xiàn)其語法的使用，而且體現(xiàn)面向?qū)ο蟮姆庋b、繼承、多態(tài)，特別是繼承關(guān)系的分析，以讓學(xué)生更具體地體會面向?qū)ο蟮乃枷肱c方法。

1.2 基本類庫的學(xué)習(xí)

Java語法的學(xué)習(xí)不能只停留在語法層面，而是要培養(yǎng)實踐應(yīng)用的能力，這就需要掌握大量的API類庫。由于Java類庫中的類很多，每一個類中的方法也很多，所以我們選擇重要的類庫源碼來學(xué)習(xí)，主要包括Java的基本類庫、輸入輸出（Java IO）、文本信息的處理、XML信息的處理、圖形與圖像、圖形用戶界面、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等。

1.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)

Java語言中，各類編程都要用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。雖然有的學(xué)生學(xué)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括線性表、棧、隊列、串、樹、查找、排序等，但是JDK中，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是如何實現(xiàn)的，它們都有哪些相關(guān)的類，分別使用的是順序存儲、鏈式存儲還是哈希存儲，學(xué)習(xí)這些不僅有利于復(fù)習(xí)鞏固數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識，更重要的是可以學(xué)到更多的實現(xiàn)方法，而且在應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)時會正確選用合適的類。

1.4 設(shè)計模式的學(xué)習(xí)

設(shè)計模式（design pattern）是一套被反復(fù)使用、多數(shù)人知曉、經(jīng)過分類編目的、代碼設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)。使用設(shè)計模式是為了可重用代碼，讓代碼更容易被他人理解，保證代碼的可靠性。在實現(xiàn)的軟件開發(fā)實踐中，設(shè)計模式是相當(dāng)重要的，在JDK中，使用了大量的設(shè)計模式，如抽象工廠、單態(tài)、適配器、責(zé)任鏈、代理、觀察者等，通過源代碼來學(xué)習(xí)設(shè)計模式，可以讓學(xué)生更具體地體會到設(shè)計模式的應(yīng)用，從而能讓學(xué)生更好地打下應(yīng)用設(shè)計模式基礎(chǔ)。

2 學(xué)習(xí)方法

JDK源碼的學(xué)習(xí)方法主要是閱讀、分析以及修改、應(yīng)用等，在這個過程中教師要通過演示、引導(dǎo)、作業(yè)等手段來促進學(xué)生對JDK源碼的學(xué)習(xí)。

2.1 有選擇性地閱讀源代碼，撰寫讀書筆記

由于源代碼的量很大，沒有必要將所有JDK的源碼都讀取一遍，所以針對前面提到的每一方面的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師會指定閱讀相關(guān)的包和類的源代碼。例如，在前半學(xué)期中要求閱讀的類包括Obj ect，Class，String，StringBuilder及AbstractStringBuilder. Integer， Math， Random，Biglnteger等；后半學(xué)期則要求閱讀Arrays，ArrayList， Vector， Stack， Hashtable， TreeMap，TreeSet類等。教師還指定一些擴展的包和類，供能力較強的學(xué)生進行閱讀。學(xué)生閱讀后要撰寫讀書筆記，對典型的讀書筆記進行演示匯報，這樣的匯報可以在小組內(nèi)或者全班進行，以促進理解和交流。

2.2 教師布置讀前的問題及讀后作業(yè)，促進閱讀質(zhì)量提高

閱讀前，教師有針對性地提出一些問題，這樣可以讓學(xué)生知道閱讀的重點和思考的問題，讀后作業(yè)則檢查學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。布置的作業(yè)中包括這樣的問題：String類為什么聲明為final的？Random類引用了什么內(nèi)部類或輔助類？Stack類中的變量的初始值為什么這樣設(shè)置？其ArrayList類動態(tài)分配空間的增長因子是多少？TreeMap類與另一個相關(guān)的TreeSet類的區(qū)別是什么？

2.3 與JDK文檔對照學(xué)習(xí)

JDK源碼與JDK文檔進行對照學(xué)習(xí)?？紤]到部分學(xué)生的英文實際水平，我們選用中文版的JDK文檔，而英文水平較好的則可以使用英文版的JDK。例如，在String文檔中提到immutable，在源程序中是如何體現(xiàn)的？在Byte中提到的緩存，在源程序是如何實現(xiàn)的？Random類提到的偽隨機數(shù)是如何實現(xiàn)的？TreeMap中找到同一對象的要求是如何實現(xiàn)的？等，這些問題涉及語法、算法、效率等多方面的問題。另外，對有余力的學(xué)生，還讓他們讀不同版本的JDK的源碼，體會其中源代碼的演變，分析其改進之處。

2.4 學(xué)生寫出分析報告，并進行展示與交流

針對閱讀的內(nèi)容，我們要求學(xué)生寫出分析報告。報告要求寫出主要的類、主要的方法；類與類之間的關(guān)系（畫出類關(guān)系圖、UML圖）；主要函數(shù)的算法是怎樣的（畫出流程圖、事件序列圖、狀態(tài)圖等）；算法的時間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度如何；用到了哪種設(shè)計模式等。另外，要求寫出學(xué)到的關(guān)于語法、算法、編程技巧方法的收獲。這些報告要形成文檔、展示的PPT、Prezi等，在班上進行交流展示，還讓學(xué)生進行評選投票。

2.5 進行代碼的重寫、改進與應(yīng)用

在閱讀的基礎(chǔ)上，我們要求學(xué)生進一步進行代碼的重寫、改進與應(yīng)用。代碼的重寫是指針對其中部分代碼自己重寫一遍，這樣能訓(xùn)練編寫代碼的能力。在這個過程中，學(xué)生還可以有針對性地進行代碼的改進。另外，在實際的項目中，應(yīng)用相關(guān)的包和類，這樣易于進一步鞏固所學(xué)的知識。

3 學(xué)習(xí)JDK源碼對學(xué)生編程能力的提高

JDK源碼的學(xué)習(xí)過程，提高了學(xué)生以下幾個方面的能力。

3.1 閱讀代碼的能力

閱讀代碼的能力訓(xùn)練是編程能力中一個重要的方面。事實上，軟件的編寫與維護通常是一個長期的過程，閱讀別人寫的代碼是很常見的任務(wù)，但有時也要閱讀自己寫的代碼。閱讀JDK源碼可以大大提高閱讀代碼的能力。

3.2 編寫規(guī)范代碼的能力

JDK源碼書寫規(guī)范，其中能學(xué)到規(guī)范代碼的編寫方法，有利于養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。這包括注釋的使用、空行的使用、變量命名、函數(shù)的命名慣例等。

3.3 使用設(shè)計模式的能力

JDK源碼中有大量設(shè)計模式的應(yīng)用，通過對這些設(shè)計模式的學(xué)習(xí)，能很好地體會各種設(shè)計模式的含義、基本組成要素、種要素之間的關(guān)系、設(shè)計模式的應(yīng)用場景，這些都為以后在具體項目中使用設(shè)計模式打下良好的基礎(chǔ)。

3.4 項目架構(gòu)的能力

JDK源碼是一系列的包與類組成的一個大的系統(tǒng)，而類與類之間的關(guān)系有各種形式，通過對它們的學(xué)習(xí)，能幫助學(xué)生提高設(shè)計復(fù)雜程序的能力，為以后進行項目架構(gòu)的工作打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

在Java程序設(shè)計課程中引入JDK源碼的學(xué)習(xí)，通過在語法、基本庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設(shè)計模式等多方面的學(xué)習(xí)，有效地提高了學(xué)生源代碼的閱讀能力、編寫規(guī)范代碼的能力，并為應(yīng)用設(shè)計模式、架構(gòu)復(fù)雜項目打下良好的基礎(chǔ)。在北京大學(xué)的Java程序設(shè)計課程中使用JDK源碼進行教學(xué)，起到了較好的教學(xué)效果。