01Java语言概述

JavaSE学习思维导图

1 Java语言概述

1.1 Java 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 之父

詹姆斯·高斯林(James Gosling)先生以“Java 技术之父”而闻名于世。他是Java 技术的创始人，他亲手设计了Java语言，并开发了Java编译器和Java虚拟机，使Java成为了世界上最流行的开发语言。

James Gosling于1984 年加入Sun公司，并一直服务于Sun公司，直至2010年前后，Sun被Oracle并购而加入Oracle，担任客户端软件集团的首席技术官; 2010年4月从Oracle离职。

1.4 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。注意：Android开发不等同于Java ME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

2 Java 开发环境搭建

2.1 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：

简单来说，

​ 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版本的选择

• 大多数java程序员都选择长期支持的版本，例如jdk8、jdk11、jdk17、jdk21
• 根据个人或企业需求选用jdk的版本

2.3 JDK 的下载

• 下载网址（Oracle公司官网）：www.oracle.com

• 下载步骤：

  • 在官网底部选择Developers开发者
  • 在Developers页面的顶部，选择Downloads，单击进入后点击Java SE，如图所示：
  • 这里展示的是最新的几个Java版本，例如jdk21、jdk17。单击Java archive，然后选择需要的版本下载。
  • 注意：需要注册Oracle公司官网的账号才能进行下载。

2.4 JDK 的安装

安装说明：

• 安装路径不要有中文或者空格等特殊符号。
• 以安装JDK8 和 JDK17作为例子，安装步骤如下。

安装步骤：

1. 双击jdk-17_wi：ndows-x64_bin.exe文件，并单击下一步，如下

2. 修改安装路径，单击更改，如下

3. 将安装路径修改为你想安装的路径下并记住该详细路劲，例如我的安装路径D:\develop_tools\jdk\jdk-17.0.2\，并单击下一步开始安装，如下（当系统盘空间足够大时也可以选择默认路径安装）

4. 等待安装完成即可

2.5 配置path环境变量

2.5.1 path环境变量是什么？

window操作系统执行命令时，所要搜寻的路径。

2.5.2 为什么需要配置path环境变量

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。

2.5.3 配置 path环境变量

1. 打开桌面上的计算机-->进入后在左侧找到此电脑-->单击鼠标右键-->选择属性-->选择高级系统设置-->在高级选项卡，单击环境变量

2. 在系统变量中，单击新建 ，创建新的环境变量，如图所示：

3. 变量名输入JAVA_HOME，变量值输入D:\Java\JDK\jdk1.8.0_271(注意：这里是jdk的安装路径)，单击确定，如图所示：

4. 选中Path 环境变量，双击或者点击编辑 ，如图所示：

5. 在变量值的最前面，键入%JAVA_HOME%\bin。如图所示：

6. 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。

7. 引用理解

2.5.4 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：

原因：JDK17在安装之后，自动进行了环境变量的配置。如下：

这里之前安装jdk8设置的JAVA_HOME路径未修改的话，将path中的%JAVA_HOME%\bin上移到首位，会发现系统所找的还是jdk8版本。

小结：

• 安装了多个版本jdk时，可以通过修改系统变量值中JAVA_HOME的变量值来使用指定的jdk版本，或者通过调整Path中的对应版本的配置先后顺序来使用对应版本的jdk。

3 开发体验：HelloWorld

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

1. 新建文本文件，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 HelloWorld {
     	public static void main(String[] args) {
       	System.out.println("HelloWorld!!");
     	}
   }
   

3.3 编译

在DOS命令行中，进入D:\code\javacode\chapter01目录，使用javac 命令进行编译。

命令：
javac Java源文件名.后缀名java

编译成功后，命令行没有任何提示。打开D:\code\javacode\chapter01目录，发现产生了一个新的文件 HelloWolrd.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：

运行：

​ java HelloWorld

4 Java 开发工具

• 文本开发工具

• 集成开发工具

5 注释

5.1 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。
• 在一个程序中，代码不存在逻辑错误、bug等问题，不写注释不影响程序的运行。
• 程序员写注释是必须的，在计算机语言中，注释是计算机语言的一个重要组成部分，用于在源代码中解释代码的作用，可以增强程序的可读性，可维护性。
• Java 注释主要有三种类型：单行注释、多行注释、文档注释

5.2 单行注释

单行注释以双斜杠 // 开始：

//这是一个单行注释
public static void main(String[] args){
    
}

5.3 多行注释

多行注释以 /*开始，以 */结束：

/*
这是一个多行注释
可以用来注释多行代码
*/
int y = 20; // 初始化一个变量y为20

5.3 文档注释

文档注释以 /** 开始，以 */ 结束，通常出现在类、方法、字段等的声明前面，用于生成代码文档，这种注释可以被工具提取并生成 API 文档，如 JavaDoc。

/**
*这是一个文档注释示例
*它通常包含类、方法、字段的详细信息
*/
public class MyClass{
    ...
}

文档注释的格式通常包含一些特定的标签，如,@param 用于描述方法参数，@return 用于描述返回值，@throws 用于描述可能抛出的异常等等，这些标签有助于生成清晰的API文档，以便其他开发者能够更好地理解和使用你的代码。例子：

/**
 * ClassName: HelloWorld
 * @Author termsw
 * @Create 2023/12/19 9:05
 * @Version 1.0
 */
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
		System.out.println("Hello World!");
	}
}

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。

javadoc -d mydoc -author -version Java源文件名.后缀名java

6 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。
• 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

7 Java 核心机制：JVM

7.1 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”。

7.1.1 Java语言的优点

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。

• 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。

7.1.2 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。

7.2 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。

• 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。

• 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。
  • 注意：Java程序还会出现内存溢出和内存泄漏的问题

练习：

案例：个人信息输出（姓名，性别，家庭住址等）

public class PersonalInfo {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("姓名：termsw");
		System.out.println(""); //换行操作
		System.out.println("性别：男");
		System.out.println("家庭住址：xxxxxxx");
	}
}

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