Java2平台微版（J2ME）技术全面解析

### Java 2 平台微版（J2ME）技术全面解析 #### 1. J2ME 简介 J2ME（Java 2, Micro Edition）是在 1999 年 6 月的年度 JavaOne 大会上由 Sun 公司推出的。它旨在满足消费电子和嵌入式设备领域对 Java 的需求。最初，J2ME 是为那些电力有限、网络连接（通常为无线）和图形用户界面功能有限的设备而构建的。如今，J2ME 技术的应用范围已有所扩大，涵盖了从寻呼机到个人计算机（不一定包括）的更广泛的设备。 #### 2. 为何需要 J2ME 既然 Java 最初就是为消费电子设备设计的，为什么还需要一个单独的版本呢？为什么不直接将标准 Java 用于小型设备呢？除了需要将众多 API 分为三个不同版本以实现更好的组织，以及可能是 Sun 公司为了重新获取收入之外，引入另一个 Java 版本还有一个更有说服力的原因：J2ME 所针对的设备有特殊需求。 - **软件要求不同**：这些设备的软件要求与大型应用程序软件环境不同。一般来说，软件必须占用较小的空间。在某些情况下，分配给设备用于运行 Java 应用程序、Java 类和虚拟机的总内存只有几百千字节。 - **独特的部署机制**：面向这些消费电子和嵌入式设备的软件应用程序通常具有独特的部署机制。例如，PDA 设备通常有一个所谓的设备“底座”，它连接到桌面计算机，用于下载应用程序和数据。 - **特殊的用户界面和网络需求**：这些设备的用户界面、网络和其他需求无法通过一个包罗万象（即占用空间大）的 Java API 来满足。Java 的 Swing 包用于用户界面开发，当然可以进行扩展，以包含为小型屏幕（如手机屏幕）构建图形用户界面的组件。但这个包能装入手机的内存吗？ J2ME 解决了“一刀切”的 Java 环境并不适用于所有设备这一问题。所有版本的 Java，包括 J2ME，都遵循平台独立性、语言语法、安全性和可靠性等相同原则。然而，这个单独的版本解决了 J2ME 版本所涵盖的一系列小型设备固有的特定需求。值得注意的是，Sun 公司认为 J2ME 向 Java 的其他版本（即 J2SE 或 J2EE）的向上可扩展性是 J2ME 的一个重要特性。如果你的应用程序超出了小型设备的限制，根据应用程序的架构，有可能过渡到一个更大、更强大的 Java 环境。 #### 3. Java 是否适合小型设备 Java 最初是作为支持一组联网消费电子设备软件开发的通用平台而设计和构建的。鉴于 Java 的初衷，它回归本源，用于各种小型信息设备似乎是很自然和合适的。但关键在于“各种”！如果你针对的是特定的信息设备，你可能会发现另一种编程语言或开发环境同样甚至更好地满足你的需求。例如，如今许多 PDA 制造商提供的编程开发工具包可以为他们的系统生成应用程序。这些工具包通常利用特定平台的特性，并且在目标设备上的性能通常比使用更通用的编程语言（如 Java）开发的程序更好。此外，与许多专有开发环境或其他编程语言相比，Java 的占用空间可能更大。Java 的基础环境带有丰富的类和 API，而设备制造商不必提供如此丰富的环境。因为许多这些编程语言和开发环境生成的是可执行代码（如 C 语言），未使用的功能在编译时会被消除。相比之下，Java 的运行时环境必须准备好解释所有支持的指令。 那么，你的应用程序将运行在何处呢？它会在各种小型信息设备（如寻呼机、PDA、手机，甚至可能是机顶盒）上运行吗？如果是这样，你需要可移植性。你会希望尽可能少地编写应用程序。用制造商的专有开发环境或其他编程语言编写的程序几乎肯定无法移植到如此广泛的设备上。 选择编程语言是一个相对简单的问题。你是否想编写一次应用程序，然后在各种平台上运行？如果是这样，Java 的“一次编写，随处运行”（WORA）的平台独立性理念肯定会使它成为你可以考虑的候选编程语言。此外，在某些情况下，Java 可能是将应用程序部署到设备的唯一方式。例如，一些手机制造商只支持 Java。当考虑为运行在小型设备上的应用程序选择编程语言时，你可能还需要考虑你在大型设备和系统上已经使用的编程语言。如果你已经在服务器和桌面系统上运行 Java 应用程序，那么在小型设备上使用 Java 可以避免在开发环境中使用另一种语言，并且可能会带来一些代码重用的机会。 #### 4. Java 的有益特性 Java 有很多优点。除了平台独立性之外，它还有许多特性使其成为一种有吸引力的编程语言。这些特性使 Java 成为软件应用程序的理想选择，无论目标平台的大小或形状如何。 - **安全**：从一开始，安全性就是 Java 设计者和开发者关注的问题。即使在开发最初用于消费电子设备的编程语言时，开发者也知道这些设备将联网，因此容易受到网络中其他系统的恶意攻击。随着 Java 成为 Web 的编程语言，并且由于安全性从一开始就被融入 Java 中，它非常适合解决与互联网相关的安全问题。 - **可靠**：Java 的可靠性源于无需管理一些底层资源，如内存和指针。开发者可以将信息作为一个对象或一组对象来管理，这种方式更接近现实世界的做法。像指针这样的底层资源往往是容易被遗忘的、导致内存泄漏和软件应用程序中意外内存访问的编程元素。Java 将管理内存引用的负担放在垃圾回收系统上，与 C++ 等语言（负担在程序员身上）相比，这些内存引用将得到更有条理的维护。 - **面向对象**：Java 被认为是一种真正的面向对象语言。为什么成为面向对象语言很重要呢？首先，面向对象的应用程序被认为更容易构建和维护。这是因为面向对象的编程结构积极鼓励开发者将应用程序组织成易于理解、可管理的部分。大型复杂的应用程序可以通过组装许多更小、更易于消化的部分来处理。这些部分，或者更准确地说，对象，包含行为和数据。将数据和行为封装在一个对象中有助于确保只有负责该数据的代码才能更改数据。最后，对象作为现实世界事物的表示，往往能让更多人参与并理解应用程序的内部工作原理。换句话说，对象本质上具有自我文档化的特点。一个商人可能不理解一个两页长的函数或过程的作用，但他或她可能对储蓄账户对象的作用有一个很好的了解。 - **免费**：每个人都喜欢免费的东西。程序员和程序员管理者也不例外。基本的 Java 开发和运行时环境是免费的。可以从 Sun 的 Java 网站（www.java.sun.com）获取 J2ME 的参考实现和一套开发工具。不过，这并不意味着所有的 Java 开发和运行时环境都是免费的。Sun 公司控制着 Java。他们免费提供基本的参考实现、开发工具、类 API 和运行时环境。但是，如果你需要基本环境之外的功能，你可能会超出免费许可协议的范围。此外，集成开发环境（IDE）、服务器系统、测试工具以及开发团队为了提高生产力和提供更高质量的产品可能需要的大量其他工具和产品通常不是免费的。重要的是，学习 Java 语言并开发你的第一个 Java 应用程序成本很低甚至免费。 - **简单**：Java 很简单。这个说法总是让我们有点困扰，需要稍微解释一下。如果你熟悉几乎任何其他面向对象编程语言，Java 的语法看起来会相对简单易懂。Java 的语法与 C++ 密切相关，并且包含了其他编程语言中的许多有益特性。许多有经验的程序员随口说 Java 是改进版的 C++。例如，Java 是静态类型的，这使得编译器能够捕获许多编码错误。此外，内存和垃圾回收由 Java 虚拟机处理。对于那些花了很多个深夜在 C++ 或 C 程序中查找内存泄漏的人来说，这个功能通常是悦耳的消息。当然，这些特性是有代价的，包括在虚拟机中运行应用程序的成本。然而，Java 并不那么简单的方面包括面向对象开发的细微差别、即使是最基本的 Java 环境也提供的大量预构建 Java 类、理解使 Java 性能良好或不佳的特性和方面，以及掌握 Java 所需的许多其他方面，这些都需要花费较长的时间。所以，对于 Java 简单的说法要持保留态度，并根据你自己的个人背景和经验来判断。 此外，Java 还有许多其他有用的特性，如多线程、异常/错误处理、动态绑定和性能等，这些特性使它成为一种理想的编程语言。这些积极特性中的许多都源于 Java 语言的起源。在其发展历程中，Java 已经扩展到更多的平台和环境。具有讽刺意味的是，正如前面已经提到的，Java 最初是作为一种用于消费电子设备的编程语言而诞生的。 #### 5. Java 的起源 曾经，“Java”是人们喜爱的早餐饮料的昵称。对于任何熟悉或从事软件开发的人来说，很难想象“Java”这个词还有另一个与当今最流行的编程语言毫无关联的含义。Java 已成为当今许多软件开发人员在创建互联网、电子商务、企业级和关键任务应用程序时使用的“银弹”之一。Java 是如何诞生的呢？你可能会感兴趣的是，Java 最初并不是作为控制互联网的编程语言而出现的。Java 有着 humble 的开端，它始于小型设备，即消费电子产品。在过去的几年里，Java 经历了某种重生，以满足全球市场上新兴的个人计算设备的软件需求。 Java 诞生于 20 世纪 90 年代初，最初被称为 Oak，是为一个试图开发一组联网消费电子设备的项目而开发的，这些设备可以通过类似于个人数字助理的手持设备进行编程。当时，没有一种单一的编程语言可以满足各种数字控制的消费设备（如电视机、录像机和光盘播放器等）的软件需求。因此，Java 最初是作为连接和编程家庭娱乐设备的一种方式而诞生的。从某种意义上说，早期的 J2ME 是整个 Java 努力的开端。 在发现另一种编程语言已经被称为 Oak 之后，它被更名为 Java。随着 20 世纪 90 年代中期互联网的兴起，Java 在软件开发中获得了新的生命和更广泛的应用。互联网时代对可靠和安全的软件应用程序的需求，这些应用程序可以为不确定数量的潜在计算机系统编写一次，这与 Java 最初为消费电子设备设计的理念完美契合。凭借在互联网和万维网上的立足之地以及新的存在理由，Java 扩展到了当前软件开发的几乎每个角落。它的多功能性、众多特性以及当然还有平台独立性，使 Java 成为现代软件技术的主要组成部分。 #### 6. Java 在小型设备中的回归 在 Java 的发展历程中，Sun 公司和其他组织已将 Java 应用于各种大小和形状的计算设备。然而，直到 20 世纪 90 年代末，才对在小型且通常是个人计算设备上使用 Java 进行了有组织（并由规范指导）的特别关注。随着最近更强大的计算和通信设备被集成到更小、更个性化的计算设备中，人们对这些系统使用 Java 的兴趣再次高涨。1999 年 6 月，在 1999 年 JavaOne 会议上，Sun 公司推出了 Java 的三个平台版本：J2SE、J2EE 和 J2ME。作为推出 J2ME 的一部分，Sun 公司还推出了第一个 J2ME 虚拟机，即 KVM 或 K 虚拟机的预览版。至此，Java 正式回归小型设备领域。 #### 7. J2ME 社区 毫不奇怪，J2ME 技术的一些最大支持者是小型设备（如手机、寻呼机和 PDA）的制造商，如摩托罗拉、爱立信、诺基亚、Research In Motion、Palm、西门子等。支持者还包括家用、办公和汽车电子制造商，如富士通、日立、松下（Panasonic）、三菱、三星、夏普和索尼等。像甲骨文这样的传统软件供应商也参与其中。 许多这些组织直接参与了开发或修订众多 J2ME 规范的各种 JCP 专家小组中的一个或多个。其他组织则通过在其许多产品中采用 J2ME 技术来认可和支持 J2ME 规范。不过，J2ME 并不是唯一的选择。像 IBM 和惠普这样的公司已经为小型和嵌入式设备开发了自己的 Java 环境。虽然这些公司可能在开发竞争的 Java 产品，但很明显，所有这些组织都看到了将 Java 引入消费电子和嵌入式设备平台的好处。 J2ME 的支持者通过 Java 社区过程（JCP）参与规范的改进和推进。JCP 是 Sun 公司建立的一个正式过程，用于与 Java 用户社区合作开发和修订 Java 技术规范。在 JCP 中开发的每个规范都必须经过一个明确的过程： 1. **提出请求**：由 Java 社区提出开发新规范或修订现有规范的请求。 2. **请求审核**：该请求由 Sun 的过程管理办公室接受或拒绝。 3. **组建专家组**：如果请求被接受，过程管理办公室将组建一个专家小组来处理该规范。 4. **制定草案**：该小组制定参与者草案规范。 5. **草案审核和完善**：专家小组对草案进行一段时间的审核和完善，然后将草案提升为公开草案。 6. **公开审核和评论**：公开草案向整个 Java 社区开放，以供公开审核和评论。 7. **最终发布**：在对公开草案进行充分审核和更新后，过程管理办公室将草案提升为规范的最终版本，发布该版本，并解散专家小组。此时，规范进入维护阶段。J2ME 的各个部分处于这个过程的不同阶段。随着你更多地参与 J2ME 或 Java 开发，跟踪（甚至可能参与）JCP 将成为一种专业惯例。 下面用 mermaid 格式流程图展示 JCP 开发规范的流程： ```mermaid graph LR A[提出请求] --> B{请求审核} B -- 接受 --> C[组建专家组] B -- 拒绝 --> END(结束) C --> D[制定草案] D --> E[草案审核和完善] E --> F[公开草案] F --> G[公开审核和评论] G --> H[最终发布] H --> I[进入维护阶段] ``` #### 8. J2ME 产品和替代方案 虽然 Sun 公司在 Java 的许多开发中发挥了主导作用，但它并没有垄断这项技术。这在小型消费电子和嵌入式设备领域可能最为明显，在 J2ME 发布之前，其他组织已经推出了相关产品。 J2ME 不是一个实现，而是一个规范（或更准确地说是一系列规范）。Sun 公司有一些规范的实现，但其他组织也有。为什么要提供另一个 J2ME 实现呢？因为 Sun 公司并不总是其推动和领导的规范的最佳实现者。例如，在整个 Java 社区中，普遍认为 IBM 提供了一种更快、更优越的 Java 编译器 Jikes。同样，其他组织正在构建满足 J2ME 规范的 Java 虚拟机和 API，但它们的占用空间更小，性能比 Sun 的实现更好。 除了 J2ME 之外，还有其他 Java 竞争对手在相同的一般环境中运行，但不符合 J2ME 规范。除了 Sun 公司早期在消费电子领域使用 Java 的努力之外，J2ME 是一项非常年轻的技术，它也在解决一个非常困难的问题，即如何用一种单一的编程语言为从寻呼机到电视机顶盒等各种不同的设备编写软件。其他组织决定专注于为不太多样化的目标设备提供 Java。还有一些组织采取了一种方法，允许开发者使用 Java 编程语言，但不消除对目标设备特性的担忧。换句话说，他们将更多的责任放在程序员身上，以确保应用程序真正具有平台独立性。 当然，J2ME 的另一个替代方案是完全不使用 Java，而是使用另一种编程语言，如 C/C++，或使用设备制造商提供的软件开发工具包。我们已经讨论了使用和不使用 Java 的相关问题。一般来说，Java 提供了软件生产者在广泛设备上所需的平台独立性。然而，对于单设备开发者来说，平台独立性可能并不重要，在这种情况下，使用另一种编程语言不仅是一个有效的选择，而且可能更受青睐。 下面用表格总结 J2ME 与其他方案的对比： | 方案 | 优点 | 缺点 | | ---- | ---- | ---- | | J2ME | 平台独立，适合多种设备；有众多支持者和规范 | 占用空间可能较大；某些实现性能可能不佳 | | 其他 Java 竞争对手 | 可能针对特定设备优化；提供不同的开发方式 | 不符合 J2ME 规范，可移植性受限 | | 非 Java 语言（如 C/C++） | 可能性能更好；占用空间小 | 缺乏平台独立性，开发和维护成本高 | ### Java 2 平台微版（J2ME）技术全面解析 #### 9. J2ME 技术剖析 J2ME 作为一种针对小型设备的 Java 技术，其设计理念和架构有着独特之处。它通过分层和模块化的设计，为不同资源受限的设备提供了灵活的支持。 在分层结构上，J2ME 主要分为配置（Configuration）、简表（Profile）和可选包（Optional Packages）三个层次： - **配置**：是 J2ME 最底层的抽象，定义了设备的基本能力和资源限制，如内存大小、处理器性能等。常见的配置有 Connected Limited Device Configuration（CLDC）和 Connected Device Configuration（CDC）。CLDC 针对资源极度受限的设备，如寻呼机、简单手机等；CDC 则适用于资源相对丰富的设备，如智能手表、高端 PDA 等。 - **简表**：建立在配置之上，为特定类型的应用程序提供了一组 API。例如，Mobile Information Device Profile（MIDP）是基于 CLDC 的简表，专门用于开发移动信息设备（如手机）上的应用程序；Personal Basis Profile（PBP）和 Personal Profile（PP）则是基于 CDC 的简表，用于开发更复杂的个人信息设备应用。 - **可选包**：提供了额外的功能扩展，开发者可以根据需要选择使用。例如，Security and Trust Services API（SATSA）用于提供安全和信任服务，Location API 用于获取设备的地理位置信息。 下面用 mermaid 格式流程图展示 J2ME 的分层结构： ```mermaid graph LR A[设备] --> B[配置] B -- CLDC --> C[MIDP 简表] B -- CDC --> D[PBP/PP 简表] C --> E[可选包] D --> E ``` #### 10. J2ME 开发流程 使用 J2ME 进行开发，一般遵循以下步骤： 1. **环境搭建**： - 下载并安装 Java Development Kit（JDK），确保 JDK 版本与 J2ME 开发工具兼容。 - 下载 J2ME 开发工具包（如 Sun 的 Wireless Toolkit），并进行配置。 - 安装集成开发环境（IDE），如 Eclipse 或 NetBeans，并安装 J2ME 开发插件。 2. **项目创建**： - 在 IDE 中创建新的 J2ME 项目，选择合适的配置和简表。 - 定义项目的基本信息，如项目名称、包名等。 3. **代码编写**： - 根据应用程序的需求，编写 Java 代码。可以使用 J2ME 提供的 API 进行界面设计、数据处理、网络通信等操作。 - 例如，使用 MIDP 简表的 `Form` 和 `TextField` 类创建一个简单的登录界面： ```java import javax.microedition.midlet.MIDlet; import javax.microedition.lcdui.Display; import javax.microedition.lcdui.Form; import javax.microedition.lcdui.TextField; public class LoginMIDlet extends MIDlet { private Display display; private Form form; private TextField usernameField; private TextField passwordField; public LoginMIDlet() { display = Display.getDisplay(this); form = new Form("Login"); usernameField = new TextField("Username", "", 20, TextField.ANY); passwordField = new TextField("Password", "", 20, TextField.PASSWORD); form.append(usernameField); form.append(passwordField); } protected void startApp() { display.setCurrent(form); } protected void pauseApp() { } protected void destroyApp(boolean unconditional) { } } ``` 4. **调试和测试**： - 使用 IDE 提供的调试工具，对代码进行调试，检查是否存在语法错误和逻辑错误。 - 在模拟器中运行应用程序，测试其在不同设备上的兼容性和性能。 5. **打包和部署**： - 将开发好的应用程序打包成 JAR 文件和 JAD 文件。 - 将打包好的文件部署到目标设备上，可以通过数据线、蓝牙、无线网络等方式进行传输。 #### 11. J2ME 应用场景 J2ME 由于其平台独立性和对小型设备的支持，在许多领域都有广泛的应用： - **移动应用开发**：这是 J2ME 最常见的应用场景。开发者可以使用 J2ME 开发各种类型的手机应用，如游戏、社交应用、新闻客户端等。例如，早期的手机游戏《贪吃蛇》《俄罗斯方块》等很多都是使用 J2ME 开发的。 - **工业控制**：在一些工业自动化设备中，如传感器、控制器等，由于其资源有限，J2ME 可以提供一种轻量级的解决方案。通过 J2ME 开发的应用程序，可以实现设备的远程监控和控制。 - **智能家居**：随着智能家居的发展，越来越多的小型设备（如智能插座、智能门锁等）需要进行软件控制。J2ME 可以为这些设备提供统一的开发平台，实现设备之间的互联互通。 下面用列表总结 J2ME 的应用场景及特点： - **移动应用开发**： - 特点：跨平台，可在不同品牌和型号的手机上运行；开发周期短，成本低。 - **工业控制**： - 特点：轻量级，对设备资源要求低；稳定性高，能够在恶劣的工业环境中运行。 - **智能家居**： - 特点：便于设备集成，实现互联互通；可远程控制，提高家居的智能化水平。 #### 12. J2ME 的未来展望 尽管随着技术的发展，出现了许多新的移动开发技术（如 Android、iOS 开发），但 J2ME 仍然有其存在的价值和发展空间。 在一些特定的领域，如传统功能手机市场、工业控制和智能家居等，J2ME 由于其成熟的技术和较低的开发成本，仍然是一种可行的选择。同时，J2ME 社区也在不断努力改进和完善该技术，提高其性能和安全性。 未来，J2ME 可能会与其他新兴技术进行融合，如物联网、云计算等。通过与物联网的结合，J2ME 可以更好地实现设备之间的通信和数据交换；通过与云计算的结合，J2ME 应用程序可以利用云端的强大计算能力，实现更复杂的功能。 然而，J2ME 也面临着一些挑战。例如，随着设备性能的不断提升，开发者对开发效率和用户体验的要求也越来越高，J2ME 在这方面可能需要进一步改进。此外，新的安全威胁也对 J2ME 的安全性提出了更高的要求。 综上所述，J2ME 作为一种经典的小型设备开发技术，在未来仍然有其独特的地位和发展潜力。开发者可以根据具体的需求和场景，合理选择使用 J2ME 或其他技术进行开发。 下面用 mermaid 格式流程图展示 J2ME 未来发展的可能路径： ```mermaid graph LR A[J2ME 现状] --> B{技术融合} B -- 物联网 --> C[物联网应用拓展] B -- 云计算 --> D[云端能力增强] A --> E{面临挑战} E -- 开发效率 --> F[改进开发工具] E -- 安全性 --> G[加强安全机制] C --> H[新应用场景] D --> H F --> H G --> H ``` 通过对 J2ME 技术的全面解析，我们可以看到它在小型设备开发领域的重要性和潜力。无论是对于开发者还是设备制造商来说，了解和掌握 J2ME 技术都将为他们在市场竞争中带来更多的机会。