Java学习路线

Java是一个通用的编程语言,其实可以干很多事,怎么学Java就看怎么用了,但有一些一般的步骤:

  • 熟悉一种文本编辑器,比如Vim, Emacs, Notepad++, TextMate等。知道哪些是开源的,哪些是闭源的,哪些要收费。养成不用盗版软件的习惯。
  • 安装JDK(建议用你的Linux发行版自带的软件包管理器安装openjdk,过程中可能需要读发行版特定的文档)
  • 写一个Java的Helloworld程序,并用命令行工具javac编译,再用java命令运行这个程序。过程中熟悉源代码、字节码、虚拟机这些东西,以及Java的包(package)对.class文件所在的路径的影响。如果这两个命令行工具使用熟练了,可以开始选一个喜欢的集成开发环境,比如Eclipse。当然,养成不用盗版软件的习惯。熟悉一下如何建立“工程”,以及快捷键的使用。
  • 学习Java的面向过程编程,包括基本数据结构、表达式、语句、控制流、函数调用。
  • 学习Java的面向对象编程,包括类、引用类型和值类型的区别、成员、方法、访问控制、继承、多态、接口、接口实现。顺便学习一下面向对象的基本思想,即对象、消息、封装、继承、多态等,这些通用的内容不是Java特有的。这时候应该已经涉及了Java的垃圾回收。要留意即使有垃圾回收的情况下也会发生的内存泄露(如自己设计数组容器,元素是引用,逻辑上删除了元素,但并没有清成null)。注意垃圾回收只能回收内存中的对象,除了内存以外,其它资源不能依靠垃圾回收来关闭。比如,文件、管道、Socket、数据库连接等,垃圾回收是不会帮你关闭的。
  • 学习Java的异常处理,但更重要的是学习什么时候用特殊返回值而不使用异常,什么时候应该抛出异常而不处理异常,知道什么是pokemon catch及其危害,了解为什么Java的checked exception是一个糟糕的特性。如果愿意,同时学习一下Java1.7的try-with-resource语句和AutoCloseable接口。
  • 熟悉Java常用的数据结构,如基本的数组类型,以及泛型容器(java.util.*),尤其是java.util.List接口和java.util.ArrayList实现;以及java.util.Map接口和java.util.HashMap实现。(java1.5以前的没有泛型参数的就不用碰了)同时留意一下基本类型int, double等和装箱类型Integer和Double的区别,以及它们是如何自动转换的。
  • 熟悉Java标准库里的各种工具,包括日期时间、字符串格式化、IO等。**知道文件要自己在finally子句中close(),或者用Java1.7的try-with-resource,不要妄想垃圾回收器会帮你关掉文件。
  • 学习一下Java的命名习惯,以及JavaBeans的常规,知道为什么getter/setter比直接操作成员变量好。按这种方式给Java的变量、方法命名。同时看看你的IDE能不能自动帮你生成getter和setter。
  • 使用一个第三方的库(比如Apache Commons Lang通用工具库),让你的程序依赖于它的二进制jar包(而不是直接拷贝源代码),用命令行编译、运行(注意classpath等);也熟悉一下如何用你的集成开发环境添加第三方依赖。感受一下手动管理依赖关系的麻烦。
  • 学习Maven的使用,试着让Maven帮你解决依赖关系,再试着让Maven帮你创建一个Eclipse工程。再试试用Maven打包发布。
  • 学习软件测试,以及JUnit的使用,以及怎么在IDE中使用JUnit。有空看一下coverage工具。
  • 读读四人帮写的《设计模式》(这本书是用C++和Smalltalk语言为例子的,但仍然适合Java)。具体的是这本书,http://www.amazon.com/Design-Patterns-Elements-Reusable-Object-Oriented/dp/0201633612图书馆应该能还借到英文原版,因为我借到过。

接下来就看具体要做哪方面的应用了,看需求。比如(下面的没有顺序)

  1. 关于语言
    • 如果学Java学得不舒服了,学Python。
    • 如果对面向对象编程的概念有点不习惯,学Smalltalk。(Ruby也行,但不如Smalltalk经典。Ruby的文档是一大硬伤。)
    • 如果嫌Java太啰嗦,学Python
    • 如果嫌Java太啰嗦,又想用JVM,自己又有精力,学Scala
    • 如果对对象之间的关系有点晕,学一学UML,以及它的一些图,可以对程序和运行进行直观的建模。你的IDE也许有插件可以生成UML图。但是不要太沉迷于这些方法论。
  2. 调试和辅助工具

    学习一下你的集成开发环境提供的调试工具,加一些断点试试。

    • 试试用jconsole或者VisualVM监控另一个jvm的状态。
    • 用profiling工具寻找程序中慢的地方。Eclipse有profiling工具。VisualVM也有这样的功能。(如果不介意使用闭源软件的话,也试试JProfiler和YourKit)
    • 有的JVM允许在运行时更新代码。Eclipse可以和某些JVM集成。这样你可以频繁修改代码而不用频繁重启JVM。对于某些“重型”工程很有用。(如果不介意使用闭源软件的话,也试试jRebel)
  3. 多线程

    学习Java的多线程编程以及lock、condition的用法(包括传统Java的synchronized语句以及新加的java.util.concurrent.*),学习一下如何让线程停下来,以及为什么要频繁确认isInterrupted()而不要用Thread.stop()。了解一下多核处理器、缓存、内存的关系,以及为什么多线程编程这么难。

    • 如果还舒服,学习一下Runnable的用法,以及自带的Executer等基本多线程工具。
    • 应该已经留意到java.util里面的很多容器不是线程安全的,但是java.util.Collections可以帮你创建一些安全的版本。另外关注一下java.util.concurrent里面有ConcurrentMap等容器可供使用。
    • 如果有空的话,看看memory model(内存一致性模型)和无锁同步(见java memory model和java.util.concurrent.atomic)。
    • 如果还有空,再了解一下除了“共享内存多线程编程”以外有没有别的模型(多进程multi-processing、消息传递message passing等)。
  4. 反射、元编程
    • 学习Java的反射机制,以及Annotation的用法。
    • 如果还舒服,试试java.lang.reflect.Proxy的用法。
    • 如果仍然还舒服,玩一玩CGLib(一个第三方的库)。
  5. 网络编程

    学习一下IP,TCP协议(计算机专业的应该学过,复习一下),学习Socket编程(注意垃圾回收器不会帮你关掉Socket)。

    • 如果不是很关心HTTP,看看java.nio,学习单线程轮询式IO复用(Selector)。
      1. 如果有点不明白nio的意图的话,了解一下c10k问题。 http://www.kegel.com/c10k.html
      2. 如果身体没有异样的话,大概了解一下操作系统(包括C语言)提供的select, poll, epoll, kqueue等接口。
      3. 如果身体仍然没有异样的话,试着用java.nio写一个文件服务器。
      4. 如果还有精力的话,上网扒一扒有没有其他的通信库,如netty等。
    • 如果关心Web还有HTTP,就学习一下HTTP协议,以及用Java进行HTTP的客户端编程。
      1. 如果还舒服,学学HTML,写写HTML的静态网页(不需要Java)
      2. 如果还舒服,用Java写一个基于DOM、XPath或者CSS Selector的网页解析器(爬网页)。
      3. 如果还舒服,学学Java的Servlet接口(先别学jsp)进行Web服务器端编程。学学标准的Servlet容器怎么用,包括web.xml的用法以及listener、filter等概念。以及某个Servlet容器(如Jetty或者Tomcat)的具体用法。
      4. 如果仍然还舒服,试着学一种模板语言(如haml, velocity, freemarker,【还有其他更好的框架吗?我不知道】, String.format,如果真的想学JSP的话JSP倒是也行,但不推荐)。
      5. 如果仍然觉得舒服,学学Spring框架中的Web框架,或者Struts,看你的口味。
      6. 如果还舒服,看看Spring Bean Container以及里面各种乱七八糟的工具。
      7. 如果还舒服,或者有需求,了解一下什么是RESTful Web Service,复习一下HTTP,找找适合的Java工具。
      8. 你可能会觉得Jackson是一个解析JSON用的好用的东西。
  6. 数据库

    学习一下关系数据库(计算机专业的应该学过,复习一下),包括SQL。选一个数据库管理系统熟悉一下(比如MariaDB,或者(如果你不讨厌Oracle的话)用被Oracle收购了的MySQL。先脱离Java单独学学)。然后看它们的官方文档教你怎么用Java连接这种数据库。这中间会涉及到JDBC接口。同时一定要知道SQL注入安全漏洞,以及掌握如何用PreparedStatement防止注入!!。建议看 http://bobby-tables.com/

    • 可能中间会涉及“事务”问题,让你不知不觉地开始去了解java transaction api(JTA)。
    • 如果还舒服,学一学对象关系转换(如Hibernate)。
    • 也可以学学非关系数据库,以及如何用Java访问它们。
  7. 日志记录

    学习一下slf4j和logback的用法。

    • 如果有精力的话,大概了解一下世界上有多少种Java日志框架,以及slf4j是怎么桥接这些框架的。
  8. 构建(build)系统

    学习一下Ant的用法。

    • 如果还舒服的话,学习一下用Ivy从Maven的仓库里下载软件包,解决依赖关系。
  9. 版本控制

    学习一种分布式版本控制器(如Git、Mercurial、Bzr、Darcs等,推荐Git)的基本用法,以及如何用它管理Java工程。希望你已经开始使用Maven了,并且知道为什么把IDE生成的工程文件(如eclipse的.project,.classpath和.metadata)放入版本控制器不好。然后了解一下如何在IDE中使用版本控制(Eclipse自带Git插件)。

    • 如果感觉很舒服的话,为你们实验室搭建一个Linux+SSH+Git服务器,装个GitLab(一种Web界面)。
    • 了解“集中式版本控制器”和“分布式版本控制器”的区别,并说服同事们不要再用SVN、CVS或者SourceSafe等老旧的“集中式版本控制器”了。
    • 开设一个GitHub账户。如果你不喜欢Git,就用BitBucket等。
  10. 持续集成

    自己(或者为你们实验室)搭建一个持续集成(Continuous Integration)服务器,如Jenkins,定期编译你的程序。建议同时使用Git等分布式版本控制器。

    • 如果你做开源软件,试试GitHub和Travis。
  11. 零碎工具

    淘一淘java.nio.files里面有什么好用的东东,然后再淘一淘Apache Commons Lang和Commons IO里有什么好用的工具。Commons Logging就不要再用了,用SLF4j和Logback。

  12. XML

    学学XML、DOM、XPath。XML这东西到处都可能用到。也可以用它写自己的配置文件。

    • 如果觉得不舒服了,就学学JSON和YAML。
    • 如果还是不舒服,就学学文本文件解析。
  13. 语法分析和编译器

    学学Antlr或者别的Parser Generator的用法

    • 如果觉得舒服,自己写一个计算器。
    • 如果还觉得舒服,自己写一种Domain-Specific Language (DSL)。
  14. 高效容器

    学学FastUtil或者Trove,如果你需要进行大量数值运算的话。

  15. 分布式计算

    学学MapReduce的思想以及它的实现。

    • 如果还舒服,学学Scala语言以及号称比MapReduce快得多的Apache Spark。
  16. 进程间通信

    看看ActiveMQ、MINA和RMI。

  17. 其他语言(JVM)

    学习另一门跑在JVM上的语言或者实现(如Groovy、Scala、Clojure、JRuby、Jython、JavaScript……)

  18. 其他语言(非JVM)

    学习另一门通用脚本语言(如Python、Ruby,其实perl也行,但不推荐),知道什么时候Java不是最好的选择。

  19. Java语言和Java虚拟机

    通读一遍(一目十行地读,不用细读)Java Language Specification,以及Java Virtual Machine Specification。

    • 了解以下解释器(interpreter)、编译器(compiler)、即时编译器(just-in-time compiler)和优化器(optimiser)的概念。
    • 如果对编译器的话题不感到畏惧,了解一下method JIT和tracing JIT的概念和区别。
  20. 内存管理

    学学垃圾回收的几种基本算法,包括mark-sweep、mark-compact、semi-space、generational、mark-region等,各自的性能,以及为什么朴素的reference counting是不完整的。知道为什么finalizer性能很糟糕,而且标准并不要求finalizer在程序退出前一定会执行。

    • 如果还舒服,了解一下如何设置Java虚拟机的堆大小限制(如HotSpot虚拟机的-Xmx选项等)。
    • 了解一下Java里的WeakReference以及SoftReference和PhantomReference,以及它们什么时候有用,以及为什么它们实现起来有些困难。
    • 如果有精力,了解一下Hotspot虚拟机的内存管理算法是什么样的。
  21. 动态装载

    学学Java的动态装载(class loading)

    • 如果还舒服的话,学学OSGI以及它的一种实现(如Felix或者Equinox)
    • 如果仍然很舒服的话,学学写基于Eclipse平台的程序。不是Eclipse集成开发环境,只是利用他们的图形框架,写自己的应用程序。
    • 如果还觉得舒服的话,写Eclipse集成开发环境的插件。
  22. 本地/外语接口

    学习一下Java Native Interface(JNI),试着写一个Java和C语言混合编程的程序。

    • 如果觉得不舒服了或者觉得欲仙欲死,就学一学Java Native Access(JNA),试一试不用任何胶水代码而从Java直接装载C库,直接调用C函数。
    • 如果连JNA也懒得学,就学一学SWIG,自动生成绑定。
    • 如果觉得舒服,就学一学Java Virtual Machine Tooling Interface(JVMTI),用C程序来监视JVM的状态。
  23. 密码学

    学一学密码学,包括编码、密码分析、攻击、对称密钥、公钥系统、数字签名、哈希算法等,看看Java有没有实现。

    • 如果觉得有点不舒服(你应该不会觉得舒服吧,除非你是学密码学的,要不然总会觉得自己写的程序有安全漏洞),就写一个“人品计算器”来放松一下,要求每次输入同一个姓名,得到的人品值是固定的,但又要让人无法用别人的人品值猜自己的人品值。
  24. 移动终端

    学一学Android开发。

    • 如果有精力的话,看看Dalvik虚拟机是怎么回事。
    • 建议买一个iPhone或者iPad,或许你再也不想用Android手机或者平板了。
  25. 历史

    如果觉得有些无聊,就去挖一挖历史上比较火的可能和Java相关技术,比如:

    • Applet,想想它比起html5+css3+javascript的缺点在哪里。
    • AWT、Swing,想想为什么很少有人用Java写图形界面程序。你觉得Swing的程序看上去舒服吗?中国人和残疾人喜欢用Swing程序吗?
    • JNDI,想想它比起Spring Bean Container的缺点在哪里。
    • JSP,想想它比起MVC结构的缺点在哪里。
    • WSDL/SOAP,把它们和XML-RPC、RESTful Web Service比较一下。
    • XSLT,以及为什么它是图灵完备的。可是它真的比Java本身更好用吗?
    • Log4j、java.util.logging、Apache Commons Logging,各自有什么问题,以及Log4j的作者本人为什么又开发了SLF4j和Logback?
    • Java最早是为什么设计的?
    • Type erasure是怎么回事?为什么ArrayList<int>不行但ArrayList<Integer>就可以?挖一挖历史。

其实Java不算完全面向对象的语言。Java更偏实用性,很多控制流(if语句、while循环、for循环等)来自面向过程的语言;基本数据类型(int, char, double等)也不是对象。但另一些语言,比如SmallTalk,更偏向纯粹的面向对象的设计,包括基本的数据类型都是对象,if/while/for等也用对象和方法来实现。比如:

基本数据类型也是对象,可以接受消息(即方法),比如:

(a + b) sqrt

这里面,a+b其实是向a发送“+”消息,参数是b。sqrt也是一个消息,发给一个数。

if分支是这样做的:

(x < y) ifTrue: [ 
       max := y. 
       i := j 
     ] ifFalse: [ 
       max := x. 
       i := k 
     ]

ifTrue:ifFalse: 是一个Boolean对象的一个方法,取两个参数,每个是一个“块”,分别在真和假的情况下执行。

还有while循环是这样做的:

[i < 100] whileTrue: [ 
       sum := sum + i. 
       i := i + 1 
     ]

whileTrue是“块”的一个方法,每次对块求值,如果是真,就反复执行第一个参数(也是“块”)。

所以,相对其他面向对象的语言,Java并不算很“面向对象”。所以需要补充一些对面向对象语言的了解。



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