当前位置：首页 > news >正文

Java基础知识

news 2024/11/7 13:02:44

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。

诞生背景

任职于Sun公司(Stanford University Network斯坦福网络公司)的詹姆斯·高斯林和麦克·舍林丹等人于1990年代初开发Java语言的雏形，最初被命名为Oak，Oak的目标是作为家用电器等小型系统的编程语言，用于电视机、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1990年代互联网的发展，Sun公司发现Oak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。伴随着互联网的迅猛发展，Java逐渐成为重要的网络编程语言。

三大版本

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

语言特点与应用场景

Java语言具有简单性、面向对象、分布式、健壮性、安全性、跨平台性、可移植性、多线程与动态性等特点。Java语言可以编写桌面应用程序、Web应用程序、分布式系统和嵌入式系统等。Java 快速、安全、可靠。从笔记本电脑到数据中心，从游戏控制台到超级计算机，从手机到互联网，Java 无处不在！

Java技术体系

下图为Oracle官网提供的Java技术体系图

JVM、JRE和JDK的关系

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。

JRE

Java Runtime Environment包括Java虚拟机和Java程序所需的核心类库等。核心类库主要是java.lang包：包含了运行Java程序必不可少的系统类，如基本数据类型、基本数学函数、字符串处理、线程、异常处理类等，系统缺省加载这个包

如果想要运行一个开发好的Java程序，计算机中只需要安装JRE即可。

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。所以安装了JDK，就无需再单独安装JRE了。其中的开发工具：编译工具(javac.exe)，打包工具(jar.exe)等

JVM&JRE&JDK关系图

Java发展历程

1991年4月，Sun公司成立了Green项目小组,专攻智能家电的嵌入式控制系统。由James Gosling博士领导的绿色计划（Green Project）开始启动，此计划的目的是开发一种能够在各种消费性电子产品（如机顶盒、冰箱、收音机等）上运行的程序架构。这个计划的产品就是Java语言的前身：Oak（橡树）。Oak当时在消费品市场上并不算成功，但随着1995年互联网潮流的兴起，Oak迅速找到了最适合自己发展的市场定位并蜕变成为Java语言。

1995年5月23日，Oak语言改名为Java，并且在SunWorld大会上正式发布Java 1.0版本。Java语言第一次提出了“Write Once，Run Anywhere”的口号。

1996年4月，10个最主要的操作系统供应商申明将在其产品中嵌入Java技术。同年9月，已有大约8.3万个网页应用了Java技术来制作。在1996年5月底，Sun公司于美国旧金山举行了首届JavaOne大会，从此JavaOne成为全世界数百万Java语言开发者每年一度的技术盛会。

1998年12月8日，Java 2企业平台J2EE发布 (J2EE1.2)

1999年4月27日，HotSpot虚拟机发布，HotSpot最初由一家名为“Longview Technologies”的小公司开发，因为HotSpot的优异表现，这家公司在1997年被Sun公司收购了。HotSpot虚拟机发布时是作为JDK 1.2的附加程序提供的，后来它成为了JDK 1.3及之后所有版本的Sun JDK的默认虚拟机。

1999年6月，发布Java的三个版本：J2SE、J2EE、J2ME

2005年6月，Java SE6.0发布，J2EE更名为Java EE，J2SE更名为Java SE，J2ME更名为Java ME

2009年4月20日，Oracle公司宣布正式以74亿美元的价格收购Sun公司，Java商标从此正式归Oracle所有（Java语言本身并不属于哪间公司所有，它由JCP组织进行管理，尽管JCP主要是由Sun公司或者说Oracle公司所领导的）。由于此前Oracle公司已经收购了另外一家大型的中间件企业BEA公司，在完成对Sun公司的收购之后，Oracle公司分别从BEA和Sun中取得了目前三大商业虚拟机的其中两个：JRockit和HotSpot，Oracle公司宣布在未来1～2年的时间内，将把这两个优秀的虚拟机互相取长补短，最终合二为一。可以预见在不久的将来，Java虚拟机技术将会产生相当巨大的变化。

2011年7月28日，Oracle公司发布Java SE 1.7

2014年3月18日，Oracle公司发表Java SE 1.8，代表性技术包括：Lambda表达式、函数式接口、方法引用和构造器调用、Stream API、接口中的默认方法和静态方法、Optional 类、新时间日期API等

2017年9月21日，JDK 1.9发布，代表性技术包括：Java 平台级模块系统，Linking，JShell （交互式 Java REPL），改进的 Javadoc，改进的 Stream API，集合工厂方法，私有接口方法，HTTP/2，多版本兼容 JAR。

2018年3月14日，JDK 1.10发布

Java语言特点

Java语言是简单的

Java语言的语法与C语言和C++语言很接近，从某种意义上讲，它是由C和C++演变而来，使得大多数程序员很容易学习和使用。
对C++来说进行了简化和一定的提高，如：使用接口代替了复杂的多重继承以及取消了指针，还通过实现垃圾自动回收机制，大大简化了程序员的资源释放管理工作。
提供了丰富的类库和API文档，以及第三方开发包工具包，还有大量的基于Java的开源项目，帮助程序设计人员参考学习，JDK就是开放的源代码之一，读者可以通过分析项目的源代码，来提高自己的编程水平。

Java语言是面向对象的
面向对象就是Java语言的基础，也是Java语言的重要特性。面向对象是指以对象为基本单元，包含属性和方法。对象的状态用属性表达，对象的行为用方法表达。

面向对象技术使得应用程序的开发变得简单易用，节省代码。总之，Java语言是一个纯面向对象的程序设计语言。

Java语言是分布式的

分布性主要包括两大方面，分别是操作分布和数据分布，其中操作分布指的是在多个不同的主机上布置相关操作，数据分布是将数据分别存放在多个网络中不同的主机上，借助的是URL（统一资源定位符）访问网络对象，访问方式和访问本地系统相似。
Java语言具有一个强大的，易于使用的网络能力，这是非常适合于分布式计算程序的。
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语言是多线程的
多线程机制使应用程序在同一时间并行执行多项任务，Java语言提供多线程之间的同步机制，这些相应的同步机制可以很好的保证不同线程，能够正确的共享数据。多线程机制使程序具有更好的交互性和实时性。

Java语言是高性能的

Java是一种先编译后解释的语言，所以它不如全编译性语言快。但是有些情况下性能是很要紧的，为了支持这些情况，Java设计者制作了“及时”编译程序，它能在运行时把Java字节码翻译成特定CPU（中央处理器）的机器代码，也就是实现全编译了。Java字节码格式设计时考虑到这些“及时”编译程序的需要，所以生成机器代码的过程相当简单，它能产生相当好的代码。
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语言是跨平台的

所谓的跨平台性，是指软件可以不受计算机硬件和操作系统的约束而在任意计算机环境下正常运行。这是软件发展的趋势和编程人员追求的目标。之所以这样说，是因为计算机硬件的种类繁多，操作系统也各不相同，不同的用户和公司有自己不同的计算机环境偏好，而软件为了能在这些不同的环境里正常运行，就需要独立于这些平台。
在Java语言中，Java自带的虚拟机很好地实现了跨平台性。Java源代码经过编译后生成二进制的字节码是与平台无关的，Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够Write once, run anywhere(一次编译，到处运行)的原因。Java虚拟机提供了一个字节码到底层硬件平台及操作系统的屏障，使得Java语言具备跨平台性。

Java语言是可移植的
可移植性来源于跨平台性性，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语言是安全的
在Java语言中删除了类似于C语言中的指针和内容释放等语法，有效的避免了非法操作内存，代码要经过校验之后才能够运行，所以未经允许的Java程序不可能出现损害系统平台的行为，最大的好处就是，Java可以编写防病毒和可修复的系统，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，从而可以提高系统的安全性。

Java语言是健壮的
Java语言的强类型机制、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。
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。

JVM、JRE和JDK的关系

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。

JRE
Java Runtime Environment包括Java虚拟机和Java程序所需的核心类库等。核心类库主要是java.lang包：包含了运行Java程序必不可少的系统类，如基本数据类型、基本数学函数、字符串处理、线程、异常处理类等，系统缺省加载这个包

如果想要运行一个开发好的Java程序，计算机中只需要安装JRE即可。

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。所以安装了JDK，就无需再单独安装JRE了。其中的开发工具：编译工具(javac.exe)，打包工具(jar.exe)等

JVM&JRE&JDK关系图

Java是编译型还是解释型语言

1.编译型语言和解释型语言

编译型语言
定义：在程序运行之前，通过编译器将源程序编译成机器码(可运行的二进制代码)，以后执行这个程序时，就不用再进行编译了。

优点：编译器一般会有预编译的过程对代码进行优化。因为编译只做一次，运行时不需要编译，所以编译型语言的程序执行效率高，可以脱离语言环境独立运行。

缺点：编译之后如果需要修改就需要整个模块重新编译。编译的时候根据对应的运行环境生成机器码，不同的操作系统之间移植就会有问题，需要根据运行的操作系统环境编译不同的可执行文件。

总结：执行速度快、效率高；依靠编译器、跨平台性差些。

代表语言：C、C++、Pascal、Object-C以及Swift。

解释型语言
定义：解释型语言的源代码不是直接翻译成机器码，而是先翻译成中间代码，再由解释器对中间代码进行解释运行。在运行的时候才将源程序翻译成机器码，翻译一句，然后执行一句，直至结束。

优点：有良好的平台兼容性，在任何环境中都可以运行，前提是安装了解释器（虚拟机）。灵活，修改代码的时候直接修改就可以，可以快速部署，不用停机维护。

缺点：每次运行的时候都要解释一遍，性能上不如编译型语言。

总结：执行速度慢、效率低；依靠解释器、跨平台性好。

代表语言：JavaScript、Python、Erlang、PHP、Perl、Ruby。

混合型语言
定义：既然编译型和解释型各有缺点就会有人想到把两种类型整合起来，取其精华去其糟粕，就出现了半编译，半解释型语言。

比如C#，C#在编译的时候不是直接编译成机器码而是中间码，.NET平台提供了中间语言运行库运行中间码，中间语言运行库类似于Java虚拟机。.NET在编译成IL代码后，保存在dll中，首次运行时由JIT在编译成机器码缓存在内存中，下次直接执行。严格来说混合型语言属于解释型语言，C#更接近编译型语言。

Java即是编译型的，也是解释型语言，总的来说Java更接近解释型语言。

可以说它是编译型的。因为所有的Java代码都是要编译的，.java不经过编译就什么用都没有。同时围绕JVM的效率问题，会涉及一些如JIT、AOT等优化技术，例如JIT技术，会将热点代码编译成机器码。而AOT技术，是在运行前，通过工具直接将字节码转换为机器码。
可以说它是解释型的。因为Java代码编译后不能直接运行，它是解释运行在JVM上的，所以它是解释运行的。