Java 进阶 hello world! - 中级程序员之路

2022-10-19 15:13:54

Java 进阶 hello world! - 中级程序员之路

Java是一种跨平台的语言，号称：“一次编写，到处运行”，在世界编程语言排行榜中稳居第二名（TIOBE index）。

本文目标是帮助 Java 程序员了解中级程序员应有的水平，避免陷入唯“高技术、新概念”的陷阱。Java 编程入门相对比较容易（推荐：Java入门教程）。学完语法后，很多人希望作一些进阶学习，开始编写网站、访问数据库等应用。然而，当程序比较多时，你又觉得 Java 程序很复杂。因此，我们有必要了解 Java 程序的结构与开发理念，站在项目的高度去看 Java 中级程序员需要哪些知识和能力。

1. 约定优于配置(Convention over Configuration/CoC)

1.1 环境配置

  • 操作系统 windows/Linix
  • Java 虚拟机 1.8
  • Maven 3.3+
  • IDE IntelliJ IDEA / Eclipse

1.2 概念与起源

*：约定优于配置是一种软件框架使用的设计範式（原则），旨在减少软件开发人员需做决定的数量，使软件既不失灵活性，且简洁易于理解。

David Heinemeier Hansson 在使用 Ruby on Rails 开发 web 应用时提出这个概念，因为长期做同类项目，项目中程序的组织、命名习惯都会形成最佳实践，遵循这些最佳实践就不仅可以节约开发者沟通时间，而且有利于程序的构建等工作。例如，我们用 MVC 结构去开发 web 程序，程序员都知道控制器类在哪个目录下，完成哪些任务。

我们在第一次学习计算机语言时都会知道概念编码习惯（code conventions）、编程风格（programming idioms）。它们偏向于某种语言的编码规范，例如 C++，Java，Python 都有自己的编码标准，如 google 的编码规范，Pep8编码规范等，这样，IDE 使用这些规范检查你的程序是否符合标准。

约定优于配置偏向于程序的组织于结构，这样编译等工作就可以按约定习惯进行。我们在编译 PyQt 这样的框架时，非常佩服编写 make 脚本的程序员，./configuration, make, make install 这些复杂的脚本是如何保证正确的？简化开发过程中各阶段的配置，让应用开发人员集中精力编写业务处理程序（Java 的理念），不用关心如何实现快速交付、部署等问题，则是约定优于配置要解决的问题。

1.3 Maven 与约定

现在的核心问题是要做哪些约定，如何保证约定的实施？

不同领域的应用约定是不一样的，对于 Java 应用则由构建工具（如： Maven，Gradle）负责一些约定的实现，其他就是特定应用框架如 Spring MVC 等示例代码形成的无形习惯。对于一个普通 Java 程序，它的约定是什么？

（1）生成程序框架

在hello-world目录下，输入如下命令：

$ mvn archetype:generate -DarchetypeCatalog=internal  -DgroupId=com.mycompany.helloproj -DartifactId=helloworld -Dpackage=com.mycompany.helloworld -Dversion=0.0.1

参考：使用mvn archetype:generate生产maven工程，响应很慢

选默认，回车，回车。

Maven 使用惯例优于配置的原则 。它要求在没有定制之前，所有的项目都有如下的结构：

目录 目的
${basedir} 存放 pom.xml
${basedir}/src/main/java 项目的 java源代码
${basedir}/src/main/resources 项目的资源，比如说 property文件、图片等
${basedir}/src/test/java 项目的测试类，比如说 JUnit代码
${basedir}/src/test/resources 测试使用的资源

使用 IntelliJ IDEA 导入项目，就可以看到这样的程序结构：

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（2）约定应用与组织规范

举例说明，Java 访问资源文件如xxx.xml，如果写成：classpath:/xxx.xml，这个类一定默认加载main/resources/xxx.xml。

类似的应用约定很多，学习的办法只有一个，积累！积累！积累！，见多识广。

再看 pom.xml 文件内容：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"

  xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">

  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

  <!-- 项目坐标 -->

  <groupId>com.mycompany.helloproj</groupId>

  <artifactId>helloworld</artifactId>

  <version>0.0.1</version>

  <packaging>jar</packaging>

  <!-- 项目名称 -->

  <name>helloworld</name>

  <url>http://maven.apache.org</url>

  <!-- 属性变量 -->

  <properties>

    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>

  </properties>

  <!-- 项目依赖 -->

  <dependencies>

    <dependency>

      <groupId>junit</groupId>

      <artifactId>junit</artifactId>

      <version>3.8.1</version>

      <scope>test</scope>

    </dependency>

  </dependencies>

</project>

在 pom.xml 所在目录下，输入:

$ mvn package

我们看到 maven 项目做了许多工作：

  1. 下载 junit 库
  2. 复制资源文件
  3. 编译
  4. 测试
  5. 打包

结果，在 target 目录下，出现了 helloworld-0.0.1.jar 文件。

$ mvn install

结果，在 $USER_HOME/.m2/repository/com/mycompany/helloproj/helloworld/0.0.1/ 出现了 helloworld-0.0.1.jar 文件。

在 Maven 配置中， groupId:artifactId:packaging:version 四个元素唯一表示了项目的部件、版本、发布方式。

又称为项目坐标。

通常，合理的命名展示了一般公司项目的管理结构。

  • 项目库目录： $USER_HOME/.m2/repository/；
  • 公司目录：com/mycompany/；
  • 项目目录：helloproj/；
  • 部件与版本目录：helloworld/0.0.1/。

通过结构约定，我们定义了企业项目管理的基本方式。

（3）约定开发流程

maven 能支持项目开发不同的生命周期阶段 (lifecycle phase )。但是最常用的是默认的 Maven生命周期 (default Maven lifecycle )。一个 Jar 包的阶段包括：

  • process-resources 阶段：resources:resources
  • compile 阶段：compiler:compile
  • process-classes 阶段：(默认无目标)
  • process-test-resources 阶段：resources:testResources
  • test-compile 阶段：compiler:testCompile
  • test 阶段：surefire:test
  • prepare-package 阶段：(默认无目标)
  • package 阶段：jar:jar

每个阶段有默认目标。 maven 命令就是 mvn goal ，常用目标有：

  • clean 清除所有阶段的成果
  • compile 编译
  • test 执行前面阶段任务，直到测试完成
  • package 打包
  • install 发布到内部项目仓库

最常见命令之一就是：

$ mvn clean package install

通过对 jar, war, ear 等工程流程（阶段）的约定，简单的配置、简单的命令就实现了开发过程自动化，

程序员仅需关注业务。

（4）扩展任务

约定了开发阶段（这也是有人认为 Maven 不灵活的因素），通过插件（plug in）就在不同阶段基础上扩展新目标。

例如：

  <build>

    <plugins>

      <plugin>

        <groupId>org.codehaus.mojo</groupId>

        <artifactId>exec-maven-plugin</artifactId>

        <version>1.2.1</version>

        <executions>

          <execution>

            <goals>

              <goal>java</goal>

            </goals>

          </execution>

        </executions>

        <configuration>

          <mainClass>com.mycompany.helloworld.App</mainClass>

        </configuration>

      </plugin>

    </plugins>

  </build>

在 pom.xml 中添加 exec-maven-plugin 插件，就可以用 mvn exec:java 执行程序。

参见： Exec Maven Plugin使用

如果你需要打包成可执行的 jar，jar 和 assembly 插件最常用，参见

本文不是 maven 的教程，只是说明通过约定一些基本规则，程序开发编程更加简单、高效，更易于多人协同，共享成果。

2. 测试驱动的开发（Test-Driven Development/TDD）

2.1 概念与起源

测试驱动的开发是敏捷开发（短周期迭代）的一种生产实践，它要求程序的功能或特性（需求）在开发出来的同时，测试案例（程序）同步完成，并用于需求验证。

概念起源于 Kent Beck 的【极限编程/Extreme Programming】实践。如果你没有读过，越忙越要抽空读。Kent Beck是项目经理出身，所以也知道你很忙，所以书的很薄，你必定有许多共鸣的。Kent 喜欢讲故事，怎么做就让你自己领会了，【硝烟中的scrum和xp】书可以帮你。

Kent Beck 发现，在错误（bug 可能来源于业务逻辑，也可能是结构设计）比较多的程序上迭代，积累偏差会迅速放大，导致程序越来越难以调试与维护。因此，需要低成本的手段保障每次迭代产品的品质，于是提出了 TDD 的概念。

2.2 持续集成

假设一个中型项目按特定的结构建设，这个结构包含两个方面：

  • 逻辑结构，也称包结构，指一个 Java 应用的类命名空间（唯一的可管理的命名）。

    例如：helloworld 应用中， App 类的命名空间是 com.mycompany.helloworld。则这个类全称是：

    com.mycompany.helloworld.App。带来的便利是不易命名重复，易于查找、使用和管理。
  • 物理结构，也称部署结构，指一个 Java 应用哪些类、资源组成一个部件（如 Jar 文件）。

    这样，每个子项目对应一个部件，1-3个开发人员负责一个子项目的开发。带来便利是项目分解为若干独立部件，

    子项目可以独立开发、测试、升级与维护。

假设这个中型项目划分为如下依赖关系的部件：

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集成测试过程如下：

  1. 按依赖顺序从 Git 加载程序，使用 Maven clean deploy 构建每个子部件，并放入本地仓库。称为“单元测试”
  2. 按集成策略，编写三个集成测试用例，测试部件的组合。称为“集成测试”

这样，每个部件程序员不仅要编写业务程序，也需要负责使用 Junit 或 TestNG 测试自己的模块。

测试程序员仅编写集成测试，测试部件组合后的正确性。实际测试中会复杂一些，会使用 mock 测试技术。

由于这样的测试可以每天晚上用 shell 脚本执行，所以也称为 “每日构建（Daily Building）” 或 “冒烟测试（smoking Test）”

参考：基于Maven的持续集成实践

2.3 快速交付

快速交付指按固定迭代周期（2-4 周）将产品交付客户试用，及时获取客户反馈。

所以，每个迭代需要花2-3天做产品系统测试。

2.4 TDD是必需的吗？

在没有 TDD 之前，项目进展都是通过程序的日报/周报等方式评估的。项目经理从程序员获取信息，然后做项目进度图。

开始，项目进展非常快，%20，%40，%60，%80，%90，%95，%99 。。。延期，再延期。

  • 主管抱怨：bug 太多，时间不够
  • 程序员抱怨：PPT 做的好的人（PPT程序猿）经常受表扬，难道程序员做好 PPT 比做好程序重要？

TDD 改变了这一切，每个人每天收到报告，有多少测试没通过？已通过 xx%。显式度量调动了程序员积极性。

测试数据与程序员分离，有力提升 bug 发现的能力。

TDD 也不是万能的，对于 10 几个开发者的团队，那 1-2 核心程序员才是品质的保证。他们完成绝大多数代码，

TDD 对这些人驱动的意义不大，TDD 成本高于仅做系统测试。

3. 总结

本文虽然仅讨论了约定优于配置（CoC）和测试驱动的开发（TDD），能实施这两点的程序猿一定在中级或以上。

因为，掌握 CoC 和 TDD 对于一个团队来说意味着：

  • CoC 你熟悉一个以上领域程序的基本结构（逻辑结构与部署结构）与每个部分的关键技术（初级架构师要求）
  • TDD 你按项目周期合理组织项目部件的开发，并实现每天进度的量化管理（初级项目经理要求）

这证明中级程序猿有能力做一个小型开发团队（3～7人）的技术经理。因为精确度量，领导喜欢你；

因为架构和进度的优良控制，程序猿也省心，特别是哪些喜欢与计算机打交道的天才会成为你的中坚；

PPT程序猿会自动离开。

掌握 CoC 和 TDD 本质是就是 Java 开发团队具体实施敏捷开发实践的要点，它满足敏捷四条宣言：

  • 个体交互胜过过程与工具
  • 可以工作的软件胜过面面俱到的文档
  • 客户协作胜过合同谈判
  • 响应变化胜过遵循计划

在 hello world 这样规模的程序上实践，你是不可能完全理解 CoC、TDD的重要性的。

掌握一个应用领域程序的逻辑结构与部署结构，组织每天测试在实践中会有无数障碍（不做不知道）。

要成为合格的中级程序员，需要进一步努力，例如：

  • 做一个网上商店这样规模的 web 程序
  • 软件架构基本知识
  • 学习测试技术与技巧
  • 源代码管理与持续集成
  • 学习 Java 设计模式，了解更多面向对象的设计约定
  • 学习分布式基础技术，提升系统的性能与可靠性

等等

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