引入JDK源碼學習的Java程序設計實踐教學

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源碼的學習，闡述通過閱讀、分析、重寫及應用JDK源碼，學習JDK源碼中的語法、基本庫、數據結構、設計模式等內容，能提高源代碼的閱讀能力、編寫規范代碼的能力，并為應用設計模式、架構復雜項目打下良好的基礎。

關鍵詞：Java程序設計；JDK；源碼；實踐教學；編程能力；設計模式

0 引言

Java語言是當前最流行的面向對象編程語言之一，具有平臺無關性、多線程、分布式及安全性等特點。作為計算機專業及相關專業的一門重要課程，Java語言也不只講語言語法，而更加注意其實踐應用，所以加強其編程實踐和應用是該課程的重要目標。特別是當前用人單位對大學生的綜合素質提出了新的要求，這就迫切需要對現有的教學模式進行改革，才能適應計算機教學的需要。根據實踐，我們提出在課程中引入JDK源碼的教學方法。

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

1 學習內容

JDK源碼的量很大，要學習的內容也涉及多個方面。

1.1 語法方面的學習

Java程序設計課程首先要讓學生學會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，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，所以精簡一部分包及類來進行學習，體現其語法的使用，而且體現面向對象的封裝、繼承、多態，特別是繼承關系的分析，以讓學生更具體地體會面向對象的思想與方法。

1.2 基本類庫的學習

Java語法的學習不能只停留在語法層面，而是要培養實踐應用的能力，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習，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、網絡、數據庫等。

1.3 數據結構的學習

Java語言中，各類編程都要用到數據結構。雖然有的學生學過數據結構，包括線性表、棧、隊列、串、樹、查找、排序等，但是JDK中，這些數據結構是如何實現的，它們都有哪些相關的類，分別使用的是順序存儲、鏈式存儲還是哈希存儲，學習這些不僅有利于復習鞏固數據結構知識，更重要的是可以學到更多的實現方法，而且在應用這些結構時會正確選用合適的類。

1.4 設計模式的學習

設計模式（design pattern）是一套被反復使用、多數人知曉、經過分類編目的、代碼設計經驗的總結。使用設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。在實現的軟件開發實踐中，設計模式是相當重要的，在JDK中，使用了大量的設計模式，如抽象工廠、單態、適配器、責任鏈、代理、觀察者等，通過源代碼來學習設計模式，可以讓學生更具體地體會到設計模式的應用，從而能讓學生更好地打下應用設計模式基礎。

2 學習方法

JDK源碼的學習方法主要是閱讀、分析以及修改、應用等，在這個過程中教師要通過演示、引導、作業等手段來促進學生對JDK源碼的學習。

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習內容，教師會指定閱讀相關的包和類的源代碼。例如，在前半學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，供能力較強的學生進行閱讀。學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，促進閱讀質量提高

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

2.3 與JDK文檔對照學習

JDK源碼與JDK文檔進行對照學習?？紤]到部分學生的英文實際水平，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的？在Byte中提到的緩存，在源程序是如何實現的？Random類提到的偽隨機數是如何實現的？TreeMap中找到同一對象的要求是如何實現的？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 學生寫出分析報告，并進行展示與交流

針對閱讀的內容，我們要求學生寫出分析報告。報告要求寫出主要的類、主要的方法；類與類之間的關系（畫出類關系圖、UML圖）；主要函數的算法是怎樣的（畫出流程圖、事件序列圖、狀態圖等）；算法的時間復雜度與空間復雜度如何；用到了哪種設計模式等。另外，要求寫出學到的關于語法、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，還讓學生進行評選投票。

2.5 進行代碼的重寫、改進與應用

在閱讀的基礎上，我們要求學生進一步進行代碼的重寫、改進與應用。代碼的重寫是指針對其中部分代碼自己重寫一遍，這樣能訓練編寫代碼的能力。在這個過程中，學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，應用相關的包和類，這樣易于進一步鞏固所學的知識。

3 學習JDK源碼對學生編程能力的提高

JDK源碼的學習過程，提高了學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，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 編寫規范代碼的能力

JDK源碼書寫規范，其中能學到規范代碼的編寫方法，有利于養成良好的編程習慣。這包括注釋的使用、空行的使用、變量命名、函數的命名慣例等。

3.3 使用設計模式的能力

JDK源碼中有大量設計模式的應用，通過對這些設計模式的學習，能很好地體會各種設計模式的含義、基本組成要素、種要素之間的關系、設計模式的應用場景，這些都為以后在具體項目中使用設計模式打下良好的基礎。

3.4 項目架構的能力

JDK源碼是一系列的包與類組成的一個大的系統，而類與類之間的關系有各種形式，通過對它們的學習，能幫助學生提高設計復雜程序的能力，為以后進行項目架構的工作打下良好的基礎。

4 結語

在Java程序設計課程中引入JDK源碼的學習，通過在語法、基本庫、數據結構、設計模式等多方面的學習，有效地提高了學生源代碼的閱讀能力、編寫規范代碼的能力，并為應用設計模式、架構復雜項目打下良好的基礎。在北京大學的Java程序設計課程中使用JDK源碼進行教學，起到了較好的教學效果。