[JavaSE] 第一章 Java 语言概述

1.1 Java 概述

1.1.1 什么是 Java

​ Java是一门面向对象编程语言，不仅吸收了 C++ 语言的各种优点，还摒弃了 C++ 里难以理解的多继承、指针等概念，因此 Java 语言具有功能强大和简单易用两个特征。Java 语言作为静态面向对象编程语言的代表，极好地实现了面向对象理论，允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程。

1.1.2 Java 的三个版本

• Java SE（J2SE，Java 2 Platform Standard Edition，标准版）

  ​ Java SE 以前称为 J2SE。它允许开发和部署在桌面、服务器、嵌入式环境和实时环境中使用的 Java 应用程序。Java SE 包含了支持 Java Web 服务开发的类，并为Java EE和Java ME提供基础。

• Java EE（J2EE，Java 2 Platform Enterprise Edition，企业版）

  ​ Java EE 以前称为 J2EE。企业版本帮助开发和部署可移植、健壮、可伸缩且安全的服务器端Java 应用程序。Java EE 是在 Java SE 的基础上构建的，它提供 Web 服务、组件模型、管理和通信 API，可以用来实现企业级的面向服务体系结构（service-oriented architecture，SOA）和 Web2.0应用程序。2018年2月，Eclipse 宣布正式将 JavaEE 更名为 JakartaEE

• Java ME（J2ME，Java 2 Platform Micro Edition，微型版）
  Java ME 以前称为 J2ME。Java ME 为在移动设备和嵌入式设备（比如手机、PDA、电视机顶盒和打印机）上运行的应用程序提供一个健壮且灵活的环境。Java ME 包括灵活的用户界面、健壮的安全模型、许多内置的网络协议以及对可以动态下载的连网和离线应用程序的丰富支持。基于 Java ME 规范的应用程序只需编写一次，就可以用于许多设备，而且可以利用每个设备的本机功能。

1.1.3 Java 语言的特点

• Java 语言是简单的：

  ​ Java 语言的语法与 C 语言和 C++ 语言很接近，使得大多数程序员很容易学习和使用。另一方面，Java 丢弃了 C++ 中很少使用的、很难理解的、令人迷惑的那些特性，如操作符重载、多继承、自动的强制类型转换。特别地，Java 语言不使用指针，而是引用。并提供了自动分配和回收内存空间，使得程序员不必为内存管理而担忧。

• Java 语言是面向对象的：

  ​ Java 语言提供类、接口和继承等面向对象的特性，为了简单起见，只支持类之间的单继承，但支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现机制（关键字为 implements）。Java 语言全面支持动态绑定，而 C++语言只对虚函数使用动态绑定。总之，Java语言是一个纯的面向对象程序设计语言。

• Java语言是分布式的：

  ​ Java 语言支持 Internet 应用的开发，在基本的 Java 应用编程接口中有一个网络应用编程接口(java net)，它提供了用于网络应用编程的类库，包括 URL、URLConnection、Socket、ServerSocket 等。Java 的 RMI（远程方法激活）机制也是开发分布式应用的重要手段。

• Java 语言是健壮的：

  ​ Java 的强类型机制、异常处理、垃圾的自动收集等是 Java 程序健壮性的重要保证。对指针的丢弃是 Java 的明智选择。Java 的安全检查机制使得 Java 更具健壮性。

• Java语言是安全的：

  ​ Java通常被用在网络环境中，为此，Java 提供了一个安全机制以防恶意代码的攻击。除了Java 语言具有的许多安全特性以外，Java 对通过网络下载的类具有一个安全防范机制（类 ClassLoader），如分配不同的名字空间以防替代本地的同名类、字节代码检查，并提供安全管理机制（类 SecurityManager）让 Java 应用设置安全哨兵。

• Java 语言是体系结构中立的：

  ​ Java 程序（后缀为 java 的文件）在 Java 平台上被编译为体系结构中立的字节码格式（后缀为 class 的文件），然后可以在实现这个 Java 平台的任何系统中运行。这种途径适合于异构的网络环境和软件的分发。

• Java 语言是可移植的：

  ​ 这种可移植性来源于体系结构中立性，另外，Java 还严格规定了各个基本数据类型的长度。Java 系统本身也具有很强的可移植性，Java 编译器是用 Java 实现的，Java 的运行环境是用 ANSI C 实现的。

• Java 语言是解释型的：

  ​ 如前所述，Java 程序在 Java 平台上被编译为字节码格式，然后可以在实现这个 Java 平台的任何系统中运行。在运行时，Java 平台中的 Java 解释器对这些字节码进行解释执行，执行过程中需要的类在联接阶段被载入到运行环境中。

• Java 是高性能的：

  ​ 与那些解释型的高级脚本语言相比，Java 的确是高性能的。事实上，Java 的运行速度随着 JIT(Just-In-Time）编译器技术的发展越来越接近于 C++。

• Java 语言是多线程的：

  ​ 在 Java 语言中，线程是一种特殊的对象，它必须由 Thread 类或其子（孙）类来创建。通常有两种方法来创建线程：其一，使用型构为 Thread(Runnable) 的构造子类将一个实现了 Runnable 接口的对象包装成一个线程，其二，从 Thread 类派生出子类并重写 run 方法，使用该子类创建的对象即为线程。值得注意的是 Thread 类已经实现了 Runnable 接口，因此，任何一个线程均有它的 run 方法，而 run 方法中包含了线程所要运行的代码。线程的活动由一组方法来控制。Java 语言支持多个线程的同时执行，并提供多线程之间的同步机制（关键字为 synchronized）。

• Java 语言是动态的：

  ​ Java 语言的设计目标之一是适应于动态变化的环境。Java 程序需要的类能够动态地被载入到运行环境，也可以通过网络来载入所需要的类。这也有利于软件的升级。另外，Java 中的类有一个运行时刻的表示，能进行运行时刻的类型检查。

1.2 JDK 的使用

1.2.1 什么是 JDK

​ SUN公司提供了一套 Java 开发环境，简称 JDK（Java Development Kit） 是提供给 Java 开发人员使用的，其中包含了 Java 的开发工具，也包括了 JRE。

• JRE（Java Runtime Environment）工具，它是 Java 的的运行环境，是提供给普通用户使用的。JRE 工具中只包含 Java 运行工具，不包含 Java 编译工具。

• JVM（Java Virtual Machine）是 Java 虚拟机，Java 程序需要运行在虚拟机上，不同的平台有自己的虚拟机，因此 Java 语言可以实现跨平台。

• JVM、JRE 和 JDK 关系图

  

1.2.2 安装 JDK

下载地址

1.2.3 JDK 目录介绍

• bin 目录：该目录存放一些可执行程序，如 javac.exe（Java 编译器）、java.exe（Java 运行工具）、jar.exe（打包工具）和 javadoc.exe（文档生成工具）等
• db 目录：db 目录是一个小型的数据库，一般不会使用
• include 目录：由于 JDK 是通过 C 和 C++ 实现的，因此在启动时需要引入一些 C 语言的头文件，该目录就是用于存放这些头文件的
• jre 目录：Java 程序运行时环境。此目录是 Java 运行时环境的根目录，它包含 Java 虚拟机、运行时的类包、Java 应用启动器以及一个 bin 目录，但不包含开发环境中的开发工具
• lib 目录：开发工具使用的归档包文件
• src.zip 文件：JDK 核心类的源代码，通过该文件可以查看 Java 基础类的源代码

1.3 Java 技术体系

1.4 系统环境变量

1.4.1 配置系统环境变量

1.4.2 验证环境变量

1.5 Java 的运行机制

​ Java 程序运行时，必须经过编译和运行两个步骤。首先将后缀名为 .java 的源文件进行编译，生成后缀名为 .class 的字节码文件。然后，JVM 将字节码文件进行解释执行，并将结果显示出来。

• 具体步骤：
  • 编写 HelloWorld.java 文件
  • 使用 javac HelloWorld.java 命令开启 Java 编译器并进行编译。编译结束后，会自动生成一个 HelloWorld.class 的字节码文件
  • 使用 java HelloWorld 命令启动 Java 虚拟机运行程序，Java 虚拟机首先将编译好的字节码文件加载到内存，这个过程叫类加载，它由类加载器完成
  • 最后，JVM 针对加载到内存中的 Java 类进行解释执行