唐大仕
（北京大学 信息科学技术学院，北京100871）
摘要：提出在课程中引入JDK源码的学习，阐述通过阅读、分析、重写及应用JDK源码，学习JDK源码中的语法、基本库、数据结构、设计模式等内容，能提高源代码的阅读能力、编写规范代码的能力，并为应用设计模式、架构复杂项目打下良好的基础。
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关键词 ：Java程序设计；JDK；源码；实践教学；编程能力；设计模式
作者简介：唐大仕，男，讲师，研究方向为计算机应用，tds@pku.edu.cn。
0 引言
Java语言是当前最流行的面向对象编程语言之一，具有平台无关性、多线程、分布式及安全性等特点。作为计算机专业及相关专业的一门重要课程，Java语言也不只讲语言语法，而更加注意其实践应用，所以加强其编程实践和应用是该课程的重要目标。特别是当前用人单位对大学生的综合素质提出了新的要求，这就迫切需要对现有的教学模式进行改革，才能适应计算机教学的需要。根据实践，我们提出在课程中引入JDK源码的教学方法。
JDK（Java Development Kit）是Java语言的软件开发工具包，包括JavaSE、JavaEE、JavaME等多个版本[1]，其中最基础的是JavaSE。在JDK中，有一系列的开发工具、运行环境，还有最重要的JDK文档及JDK源码。JDK源码用于程序设计的实践教学中，能有效提高学生的程序设计能力，切实提高教学效果，是教学改革的一条途径。笔者将JDK源码给学生进行阅读、分析、改造、应用，使其掌握编程思想、编码方式、采用的技术、应用过程等相关知识。
1 学习内容
JDK源码的量很大，要学习的内容也涉及多个方面。
1.1 语法方面的学习
Java程序设计课程首先要让学生学会Java语法，Java语言的语法不仅枯燥，而且不容易掌握。在JDK源码中有大量语法的体现，从变量、常量到运算符、语句、类的定义等方面都有很好的体现，所以精简一部分包及类来进行学习，体现其语法的使用，而且体现面向对象的封装、继承、多态，特别是继承关系的分析，以让学生更具体地体会面向对象的思想与方法。
1.2 基本类库的学习
Java语法的学习不能只停留在语法层面，而是要培养实践应用的能力，这就需要掌握大量的API类库。由于Java类库中的类很多，每一个类中的方法也很多，所以我们选择重要的类库源码来学习，主要包括Java的基本类库、输入输出（Java IO）、文本信息的处理、XML信息的处理、图形与图像、图形用户界面、网络、数据库等。
1.3 数据结构的学习
Java语言中，各类编程都要用到数据结构。虽然有的学生学过数据结构，包括线性表、栈、队列、串、树、查找、排序等，但是JDK中，这些数据结构是如何实现的，它们都有哪些相关的类，分别使用的是顺序存储、链式存储还是哈希存储，学习这些不仅有利于复习巩固数据结构知识，更重要的是可以学到更多的实现方法，而且在应用这些结构时会正确选用合适的类。
1.4 设计模式的学习
设计模式（design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码，让代码更容易被他人理解，保证代码的可靠性[2]。在实现的软件开发实践中，设计模式是相当重要的，在JDK中，使用了大量的设计模式，如抽象工厂、单态、适配器、责任链、代理、观察者等，通过源代码来学习设计模式，可以让学生更具体地体会到设计模式的应用，从而能让学生更好地打下应用设计模式基础。
2 学习方法
JDK源码的学习方法主要是阅读、分析以及修改、应用等，在这个过程中教师要通过演示、引导、作业等手段来促进学生对JDK源码的学习。
2.1 有选择性地阅读源代码，撰写读书笔记
由于源代码的量很大，没有必要将所有JDK的源码都读取一遍，所以针对前面提到的每一方面的学习内容，教师会指定阅读相关的包和类的源代码。例如，在前半学期中要求阅读的类包括Object，Class，String，StringBuilder 及 AbstractStringBuilder，Integer，Math，Random，BigInteger等；后半学期则要求阅读Arrays，ArrayList，Vector，Stack，Hashtable，TreeMap，TreeSet类等。教师还指定一些扩展的包和类，供能力较强的学生进行阅读。学生阅读后要撰写读书笔记，对典型的读书笔记进行演示汇报，这样的汇报可以在小组内或者全班进行，以促进理解和交流。
2.2 教师布置读前的问题及读后作业，促进阅读质量提高
阅读前，教师有针对性地提出一些问题，这样可以让学生知道阅读的重点和思考的问题，读后作业则检查学生学习的效果。布置的作业中包括这样的问题：String类为什么声明为final的？Random类引用了什么内部类或辅助类？Stack类中的变量的初始值为什么这样设置？其ArrayList类动态分配空间的增长因子是多少？TreeMap类与另一个相关的TreeSet类的区别是什么？
2.3 与JDK文档对照学习
JDK源码与JDK文档进行对照学习。考虑到部分学生的英文实际水平，我们选用中文版的JDK文档，而英文水平较好的则可以使用英文版的JDK。例如，在String文档中提到immutable，在源程序中是如何体现的？在Byte中提到的缓存，在源程序是如何实现的？Random类提到的伪随机数是如何实现的？TreeMap中找到同一对象的要求是如何实现的？等，这些问题涉及语法、算法、效率等多方面的问题。另外，对有余力的学生，还让他们读不同版本的JDK的源码，体会其中源代码的演变，分析其改进之处。
2.4 学生写出分析报告，并进行展示与交流
针对阅读的内容，我们要求学生写出分析报告。报告要求写出主要的类、主要的方法；类与类之间的关系（画出类关系图、UML图）；主要函数的算法是怎样的（画出流程图、事件序列图、状态图等）；算法的时间复杂度与空间复杂度如何；用到了哪种设计模式等。另外，要求写出学到的关于语法、算法、编程技巧方法的收获。这些报告要形成文档、展示的PPT、Prezi等，在班上进行交流展示，还让学生进行评选投票。
2.5 进行代码的重写、改进与应用
在阅读的基础上，我们要求学生进一步进行代码的重写、改进与应用。代码的重写是指针对其中部分代码自己重写一遍，这样能训练编写代码的能力。在这个过程中，学生还可以有针对性地进行代码的改进。另外，在实际的项目中，应用相关的包和类，这样易于进一步巩固所学的知识。
3 学习JDK源码对学生编程能力的提高
JDK源码的学习过程，提高了学生以下几个方面的能力。
3.1 阅读代码的能力
阅读代码的能力训练是编程能力中一个重要的方面。事实上，软件的编写与维护通常是一个长期的过程，阅读别人写的代码是很常见的任务，但有时也要阅读自己写的代码。阅读JDK源码可以大大提高阅读代码的能力。
3.2 编写规范代码的能力
JDK源码书写规范，其中能学到规范代码的编写方法，有利于养成良好的编程习惯。这包括注释的使用、空行的使用、变量命名、函数的命名惯例等。
3.3 使用设计模式的能力
JDK源码中有大量设计模式的应用，通过对这些设计模式的学习，能很好地体会各种设计模式的含义、基本组成要素、种要素之间的关系、设计模式的应用场景，这些都为以后在具体项目中使用设计模式打下良好的基础。
3.4 项目架构的能力
JDK源码是一系列的包与类组成的一个大的系统，而类与类之间的关系有各种形式，通过对它们的学习，能帮助学生提高设计复杂程序的能力，为以后进行项目架构的工作打下良好的基础。
4 结语
在Java程序设计课程中引入JDK源码的学习，通过在语法、基本库、数据结构、设计模式等多方面的学习， 有效地提高了学生源代码的阅读能力、编写规范代码的能力，并为应用设计模式、架构复杂项目打下良好的基础。在北京大学的Java程序设计课程中使用JDK源码进行教学，起到了较好的教学效果。
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参考文献：
[1] Oracle Corp. Java Development Kit.[EB/OL].[2014-12-22]. http： ∥www.oracke.com/java.
[2] Erich G， Richard H， Ralph J. 设计模式[M]. 北京： 机械工业出版社， 2009.
（编辑：郭田珍）
