Java基础（一）Java语言概述及入门

1 Java语言概述

1.1Java概述

• 是SUN(Stanford University Network，斯坦福大学网络公司 ) 1995年推出的一门高级编程语言。
• 是一种面向Internet的编程语言。Java一开始富有吸引力是因为Java程序可以在Web浏览器中运行。这些Java程序被称为Java小程序（applet），内嵌在HTML代码中。
• 伴随着互联网的迅猛发展，以及Java技术在web方面的不断成熟，已经成为Web应用程序的首选开发语言。

1.2 Java语言简史

起步阶段：
1991年，Sun公司的工程师小组想要设计一种语言，应用在电视机、电话、闹钟、烤面包机等家用电器的控制和通信。由于这些设备的处理能力和内存都很有限，并且不同的厂商会选择不同的中央处理器(CPU)，因此这种语言的关键是代码短小、紧凑且与平台无关（即不能与任何特定的体系结构捆绑在一起）。
Gosling团队率先创造了这个语言，并命名为“Oak"（起名的原因是因为他非常喜欢自己办公室外的橡树)。后因智能化家电的市场需求没有预期的高，Sun公司放弃了该项计划。
随着20世纪90年代互联网的发展，Sun公司发现该语言在互联网上应用的前景，于是改造了Oak，于1995年5月以Java的名称正式发布。（Java是印度尼西亚爪哇岛的英文名称，因盛产咖啡而闻名。）

发展阶段：

1.3 Java技术体系平台

• Java SE(Java Standard Edition)标准版*
  • 支持面向桌面级应用（如Windows下的应用程序）的Java平台，即定位个人计算机的应用开发。
  • 包括用户界面接口AWT及Swing，网络功能与国际化、图像处理能力以及输入输出支持等。
  • 此版本以前称为J2SE
• Java EE(Java Enterprise Edition)企业版
  • 为开发企业环境下的应用程序提供的一套解决方案，即定位在服务器端的Web应用开发。
  • JavaEE是JavaSE的扩展，增加了用于服务器开发的类库。如：Servlet能够延伸服务器的功能，通过请求-响应的模式来处理客户端的请求；JSP是一种可以将Java程序代码内嵌在网页内的技术。
  • 版本以前称为J2EE
• Java ME(Java Micro Edition)小型版
  • 支持Java程序运行在移动终端（手机、机顶盒）上的平台，即定位在消费性电子产品的应用开发
  • JavaME是JavaSE的内伸，精简了JavaSE 的核心类库，同时也提供自己的扩展类。增加了适合微小装置的类库：javax.microedition.io.*等。
  • 此版本以前称为J2ME
    

注意： Android开发不等同于Java ME的开发

2 Java开发环境搭建

2.1 什么是JDK、JRE

• JDK (Java Development Kit)：是Java程序开发工具包，包含JRE 和开发人员使用的工具。
• **JRE ** (Java Runtime Environment) ：是Java程序的运行时环境，包含JVM 和运行时所需要的核心类库。
  如下是Java 8.0 Platform：
  

小结：
JDK = JRE + 开发工具集（例如Javac编译工具等）
JRE = JVM + Java SE标准类库

2.2 JDK版本选择

• 自Java 8版本发布以来，其后的每次更新，都会有小伙伴高呼：Java8 YYDS！
• 论坛的声音：“你发任你发，我用Java 8！”
  数据说话1：
  JRebel 于2022年4月前后发布了《2022 年Java生态系统状况报告》，报告中提到使用Java11 的占比最多，Java 8 紧随其后，如下图。而此前2020年的报告显示，Java8占比达到了84.48%。
  

G1是最受欢迎的GC算法。Java 11及更高版本的G1收集器是默认的GC，而Java 8中并不是。出于对G1的喜爱，很多开发者才会选择抛弃Java 8。

数据说话2：
此外，某美国软件开发商在对近千名专业的Java开发者调研后，发布的《2022年Java开发者生产力报告》称：八年前发布的Java 8依然是Java中应用最广泛的版本，占比 37%，其次是 Java 11，占比29% 。
Spring框架说话：
在Java 17正式发布之前，Java开发框架Spring率先在官博宣布，Spring Framework 6和Spring Boot 3计划在2022年第四季度实现总体可用性的高端基线：

• Java 17+(来自 Spring Framework 5.3.x 线中的 Java 8-17)
• Jakarta EE 9+（来自Spring框架5.3.x 线中的 Java EE 7-8）

Spring 官方说明：https://spring.io/blog/2022/01/20/spring-boot-3-0-0-m1-is-now-available

意味着：springboot3.0 是需要用java17和spring6.0为基础建设。如果从企业选型最新springboot3.0作为架构来说，它搭配jdk17肯定是标配了。

2.3 JDK的下载

• 下载网址（Oracle公司官网）：www.oracle.com
• 下载步骤：如图所示，在官网底部选择Developers开发者
  
  （1）在Developers页面中间的技术分类部分，选择Java，单击进入，如图所示：（2）这里展示的是最新Java版本，例如Java17。单击Download Java，然后选择具体的版本下载。
  
  （3）选择Download Java按钮后
  
  （4）如果想安装Java8 可以选择如下位置：
  
  （5）选择Accept License Agreement
  
  （6）如果需要安装其它版本，可以选择Java archive：
  
  接着进行选择下载即可：
  

2.4 JDK的安装

• 安装说明
  • 傻瓜式安装，下一步即可。
  • 建议：安装路径不要有中文或者空格等特殊符号。
• 安装步骤：
  （1）双击jdk-17_windows-x64_bin.exe文件，并单击下一步，如图所示：
  
  （2）修改安装路径，单击更改，如图所示：
  
  （3）将安装路径修改为D:\develop_tools\jdk\jdk-17.0.2\，并单击下一步，如图所示：
  
  （4）稍后几秒，安装完成，如图所示：
  

2.5 配置path环境变量

2.5.1 理解path环境变量

什么是path环境变量？
答：window操作系统执行命令时，所要搜寻的路径。
为什么配置path？
答：希望在命令行使用javac.exe等工具时，任意目录下都可以找到这个工具所在的目录。
以JDK为例演示
我们在C:\Users\songhk目录下使用javac命令，结果如下：

我们在JDK的安装目录的bin目录下使用javac命令，结果如下：
我们不可能每次使用java.exe，javac.exe等工具的时候都进入到JDK的安装目录下，太麻烦了。这时就需要配置path环境变量。

2.5.2 JDK8配置方案：配置JAVA_HOME+path

• 步骤：
  （1）打开桌面上的计算机，进入后在左侧找到计算机，单击鼠标右键，选择属性，如图所示：
  
  （2）选择高级系统设置，如图所示：
  
  （3）在高级选项卡，单击环境变量，如图所示：
  
  （4）在系统变量中，单击新建 ，创建新的环境变量，如图所示：
  
  （5）变量名输入JAVA_HOME，变量值输入 D:\develop_tools\jdk\jdk1.8.0_271 ，单击确定，如图所示：
  （6）选中Path 环境变量，双击或者点击编辑 ，如图所示：
  
  （7）在变量值的最前面，键入%JAVA_HOME%\bin。如图所示：
  

注意：强烈建议将%JAVA_HOME%\bin声明在path环境变量中所有变量的最前面！

（8）环境变量配置完成，重启DOS命令行，在任意目录下输入javac 或java命令或java -version，运行成功。

小结如下：

2.5.3 JDK17配置方案：自动配置

不管大家有没有提前安装JDK8或其它版本JDK，在我们安装完JDK17之后，理应按JDK8的方式配置path环境变量。但是，我们发现在安装完JDK17以后，配置环境变量之前，执行CMD指令：

竟然成功了！而且是17.0.2版本。因为JDK17在安装之后，自动进行了环境变量的配置。如下：

这里建议，将JDK17安装的路径，设置为JAVA_HOME，并将%JAVA_HOME%\bin上移到首位。

3 开发体验

JDK安装完毕，我们就可以开发第一个Java程序了，习惯性的称为：HelloWorld。

3.1 开发步骤

Java程序开发三步骤：编写、编译、运行。

• 将 Java 代码编写到扩展名为 .java 的源文件中
• 通过 javac.exe 命令对该 java 文件进行编译，生成一个或多个字节码文件
• 通过 java.exe 命令对生成的 class 文件进行运行
  

3.2 编写代码

（1）在D:\JavaSE\chapter01 目录下新建文本文件，完整的文件名修改为HelloWorld.java，其中文件名为HelloWorld，后缀名必须为.java。

2）用记事本或editplus等文本编辑器打开（虽然记事本也可以，但是没有关键字颜色标识，不利于初学者学习）
（3）在文件中输入如下代码，并且保存：

class HelloChina {
  	public static void main(String[] args) {
    	System.out.println("HelloWorld!!");
  	}
}

第一个HelloWord 源程序就编写完成了，但是这个文件是程序员编写的，JVM是看不懂的，也就不能运行，因此我们必须将编写好的Java源文件 编译成JVM可以看懂的字节码文件 ，也就是.class文件。

3.3 编译

在DOS命令行中，进入D:\JavaSE\chapter01目录，使用javac 命令进行编译。
使用文件资源管理器打开D:\JavaSE\chapter01目录，然后在地址栏输入cmd。

命令：

javac Java源文件名.后缀名java

举例：

javac HelloWorld.java

编译成功后，命令行没有任何提示。打开D:\JavaSE\chapter01目录，发现产生了一个新的文件 HelloChina.class，该文件就是编译后的文件，是Java的可运行文件，称为字节码文件，有了字节码文件，就可以运行程序了。

3.4 运行

在DOS命令行中，在字节码文件目录下，使用java 命令进行运行。
命令：

java 主类名字

主类是指包含main方法的类，main方法是Java程序的入口：

public static void main(String[] args){
    
}

举例：

java HelloChina

4 注释

• 什么是注释？
  • 源文件中用于解释、说明程序的文字就是注释。
• 注释是一个程序员必须要具有的良好编程习惯。实际开发中，程序员可以先将自己的思想通过注释整理出来，再用代码去体现。

序员最讨厌两件事：
一件是自己写代码被要求加注释
另一件是接手别人代码，发现没有注释

• 不加注释的危害
  
• Java中的注释类型：
  • 单行注释

    //注释文字
    

  • 多行注释

    /* 
    注释文字1 
    注释文字2
    注释文字3
    */
    

  • 文档注释 (Java特有)

    /**
      @author  指定java程序的作者
      @version  指定源文件的版本
    */ 
    

• 注释的作用
  • 它提升了程序的可阅读性。（不加注释的危害性，见图。）
  • 调试程序的重要方法。
• 具体使用1：单行注释、多行注释
  • 对于单行和多行注释，被注释的文字，不会不会出现在字节码文件中，进而不会被JVM（java虚拟机）解释执行。
  • 多行注释里面不允许有多行注释嵌套。
  • 一个段子

    A：嘿 //是什么意思啊？
    B：嘿.
    A：呃 我问你//是什么意思？
    B：问吧.
    A：我刚才不是问了么？
    B：啊？
    A：你再看看记录...
    B：看完了.
    A：......所以//是啥？
    B：所以什么？
    A：你存心耍我呢吧？
    B：没有啊 你想问什么？
    ……
    不断循环之后，A一气之下和B绝交，自己苦学程序。
    N年之后，A终于修成正果，回想起B，又把聊天记录翻出来看，这时，他突然发现B没有耍他……
    而他自己也不知道当年他问B的究竟是什么问题……
    

• 具体使用2：文档注释（Java特有）
  • 文档注释内容可以被JDK提供的工具 javadoc 所解析，生成一套以网页文件形式体现的该程序的说明文档。
  • 操作方式。比如：

    javadoc -d mydoc -author -version HelloWorld.java
    

案例：

//单行注释
/*
多行注释
*/
/**
文档注释演示。这是我的第一个Java程序！^_^
@author songhk
@version 1.0
*/
public class HelloWorld{
    
	/**
	Java程序的入口
	@param args main方法的命令参数
	*/
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("hello");
    }
}

5 Java API文档

• API （Application Programming Interface，应用程序编程接口）是 Java 提供的基本编程接口。
• Java语言提供了大量的基础类，因此 Oracle 也为这些基础类提供了相应的说明文档，用于告诉开发者如何使用这些类，以及这些类里包含的方法。大多数Java书籍中的类的介绍都要参照它来完成，它是编程者经常查阅的资料。
• Java API文档，即为JDK使用说明书、帮助文档。类似于：
  
• 下载API文档：
  • 在线看：https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/index.html
  • 离线下载：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jdk17-doc-downloads.html

6 Java核心机制：JVM

6.1 Java语言的优缺点

Java确实是从C语言和C++语言继承了许多成份，甚至可以将Java看成是类C语言发展和衍生的产物。“青出于蓝，而胜于蓝”。

6.1.1 优点

• 跨平台性：这是Java的核心优势。Java在最初设计时就很注重移植和跨平台性。比如：Java的int永远都是32位。不像C++可能是16，32，可能是根据编译器厂商规定的变化。
• 通过Java语言编写的应用程序在不同的系统平台上都可以运行。“Write once , Run Anywhere”。
• 原理：只要在需要运行 java 应用程序的操作系统上，先安装一个Java虚拟机 (JVM ，Java Virtual Machine) 即可。由JVM来负责Java程序在该系统中的运行。
  
  
• 面向对象性：
  面向对象是一种程序设计技术，非常适合大型软件的设计和开发。面向对象编程支持封装、继承、多态等特性，让程序更好达到高内聚，低耦合的标准。
• **健壮性：**吸收了C/C++语言的优点，但去掉了其影响程序健壮性的部分（如指针、内存的申请与释放等），提供了一个相对安全的内存管理和访问机制。
• 安全性高：
  Java适合于网络/分布式环境，需要提供一个安全机制以防恶意代码的攻击。如：安全防范机制（ClassLoader类加载器），可以分配不同的命名空间以防替代本地的同名类、字节代码检查。
• 简单性：
  Java就是C++语法的简化版，我们也可以将Java称之为“C++--”。比如：头文件，指针运算，结构，联合，操作符重载，虚基类等。
• 高性能：
  • Java最初发展阶段，总是被人诟病“性能低”；客观上，高级语言运行效率总是低于低级语言的，这个无法避免。Java语言本身发展中通过虚拟机的优化提升了几十倍运行效率。比如，通过JIT(JUST IN TIME)即时编译技术提高运行效率。
  • Java低性能的短腿，已经被完全解决了。业界发展上，我们也看到很多C++应用转到Java开发，很多C++程序员转型为Java程序员。

6.1.2 缺点

• 语法过于复杂、严谨，对程序员的约束比较多，与python、php等相比入门较难。但是一旦学会了，就业岗位需求量大，而且薪资待遇节节攀升。
• 一般适用于大型网站开发，整个架构会比较重，对于初创公司开发和维护人员的成本比较高（即薪资高），选择用Java语言开发网站或应用系统的需要一定的经济实力。
• 并非适用于所有领域。比如，Objective C、Swift在iOS设备上就有着无可取代的地位。浏览器中的处理几乎完全由JavaScript掌控。Windows程序通常都用C++或C#编写。Java在服务器端编程和跨平台客户端应用领域则很有优势。

6.2 JVM功能说明

JVM（Java Virtual Machine ，Java虚拟机）：是一个虚拟的计算机，是Java程序的运行环境。JVM具有指令集并使用不同的存储区域，负责执行指令，管理数据、内存、寄存器。

6.2.1 功能1：实现Java程序的跨平台性

我们编写的Java代码，都运行在JVM 之上。正是因为有了JVM，才使得Java程序具备了跨平台性。

使用JVM前后对比：

6.2.2 功能2：自动内存管理(内存分配、内存回收)

• Java程序在运行过程中，涉及到运算的数据的分配、存储等都由JVM来完成
• Java消除了程序员回收无用内存空间的职责。提供了一种系统级线程跟踪存储空间的分配情况，在内存空间达到相应阈值时，检查并释放可被释放的存储器空间。
• GC的自动回收，提高了内存空间的利用效率，也提高了编程人员的效率，很大程度上减少了因为没有释放空间而导致的内存泄漏。