第一章 JAVA语言概述

1.1 JAVA概述

Java语言是詹姆士·高斯林发明的，Java的名字来自于一种咖啡的品种名称，所以Java语言的Logo是一杯热气腾腾的咖啡。詹姆斯·高斯林等人于1990年初开发Java语言的雏形，最初被命名为Oak。随着1990年代互联网的发展，Sun公司看见Oak在互联网上应用的前景，于是改进了Oak，并于1995年5月以Java的名称正式发布。

1.1.1 JAVA语言发展历史

• 1991年， Green项目，开发语言最初命名为Oak (橡树)
• 1994年，开发组意识到Oak 非常适合于互联网
• 1995年，Java语言诞生
• 1996年，发布JDK 1.0，约8.3万个网页应用Java技术来制作
• 1997年，发布JDK 1.1，JavaOne会议召开，创当时全球同类会议规模之最
• 1998年，发布JDK 1.2，同年发布企业平台J2EE
• 1999年，SUN公司发布Java的三个版本：标准版（J2SE）、企业版（J2EE）和微型版（J2ME）
• 2001年，J2EE 1.3发布
• 2002年，J2SE 1.4发布，自此Java的计算能力有了大幅提升
• 2004年，J2SE 1.5的发布成为Java语言发展史上的又一里程碑。为了表示该版本的重要性，J2 SE 1.5更名为Java SE 5.0
• 2005年，J2SE -> JavaSE，J2EE -> JavaEE，J2ME -> JavaME
• 2009年，Oracle公司收购SUN，交易价格74亿美元
• 2011年，发布JDK 7.0
• 2014年，发布JDK 8.0，是继JDK 5.0以来变化最大的版本（市场主流版本）
• 2017年，发布JDK 9.0，最大限度实现模块化
• 2018年3月，发布JDK 10.0
• 2018年9月，发布JDK 11.0
• 2019年3月，Oracle公司发布Java SE12
• 2019年9月，Oracle公司发布Java SE13

1.1.2 JAVA技术体系平台

针对不同的开发市场，SUN公司将Java划分为三个技术平台，它们分别是JavaSE、JavaEE和JavaME。

1. Java SE(Java Standard Edition)标准版

Java SE（Java Platform Standard Edition）标准版，是为开发普通桌面和商务应用程序提供的解决方案。JavaSE是三个平台中最核心的部分，JavaEE和JavaME都是从JavaSE的基础上发展而来的，JavaSE平台中包括了Java最核心的类库，如集合、IO、数据库连接以及网络编程等。

2. Java EE(Java Enterprise Edition)企业版

Java EE(Java Platform Enterprise Edition) 企业版，是为开发企业级应用程序提供的解决方案。Java EE可以被看作一个技术平台，该平台用于开发、装配以及部署企业级应用程序，主要包括Servlet、JSP、JavaBean、JDBC、EJB、Web Service等技术。

3. Java ME(Java Micro Edition)小型版

Java ME(Java Platform Micro Edition) 小型版，是为开发电子消费产品和嵌入式设备提供的解决方案。JavaME主要用于小型数字电子设备上软件程序的开发。例如，为家用电器增加智能化控制和联网功能，为手机增加新的游戏和通讯录管理功能。此外，Java ME还提供了HTTP等高级Internet协议，使移动电话能以Client/Server方式直接访问Internet的全部信息，提供高效率的无线交流。

1.1.3 JAVA在各领域的应用

从Java的应用领域来分，Java语言的应用方向主要表现在以下几个方面：
• 企业级应用：主要指复杂的大企业的软件系统、各种类型的网站。Java的安全机制以及它的跨平台的优势，使它在分布式系统领域开发中有广泛应用。应用领域包括金融、电信、交通、电子商务等。
• Android平台应用：Android应用程序使用Java语言编写。Android开发水平的高低很大程度上取决于Java语言核心能力是否扎实。
• 大数据平台开发：各类框架有Hadoop，spark，storm，flink等，就这类技术生态圈来讲，还有各种中间件如flume，kafka，sqoop等等 ，这些框架以及工具大多数是用Java编写而成，但提供诸如Java，scala，Python，R等各种语言API供编程。
• 移动领域应用：主要表现在消费和嵌入式领域，是指在各种小型设备上的应用，包括手机、PDA、机顶盒、汽车通信设备等。

1.1.4 JAVA语言主要特征

1. 简单性

Java语言是一种相对简单的编程语言，它通过提供最基本的方法完成指定的任务。程序设计者只需理解一些基本的概念，就可以用它编写出适用于各种情况的应用程序。Java丢弃了C++中很难理解的运算符重载、多重继承等概念；特别是Java语言使用引用代替指针，并提供了自动的垃圾回收机制，使程序员不必担忧内存管理。

2. 面向对象

Java语言提供了类、接口和继承等原语，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语言是一个纯粹的面向对象程序设计语言。

3. 安全性

Java安全可靠，例如，Java的存储分配模型可以防御恶意代码攻击。此外，Java没有指针，因此外界不能通过伪造指针指向存储器。更重要的是，Java编译器在编译程序时，不显示存储安排决策，程序员不能通过查看声明猜测出类的实际存储安排。Java程序中的存储是在运行时由Java解释程序决定。

4. 跨平台性

Java通过JVM（虚拟机）以及字节码实现跨平台。Java程序由javac编译器编译成为字节码文件（.class）文件， JVM中的Java解释器会将.class文件翻译成所在平台上的机器码文件，执行对应的机器码文件就可以了。Java程序只要“一次编写，就可到处运行”。

5. 支持多线程

Java语言支持多线程。所谓多线程可以简单理解为程序中多个任务可以并发执行，多线程可以在很大程度上提高程序的执行效率。

6. 分布性

Java是分布式语言，既支持各种层次的网络连接，又可以通过Socket类支持可靠的流（stream）网络连接。用户可以产生分布式的客户机和服务器，在这个过程中，网络变成软件应用的分布式运载工具。

1.2 JAVA程序运行机制

1.2.1 JAVA语言的特点

1.面向对象

两个基本概念:类、对象

三大特性：封装、继承、多态

2.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

3.跨平台性

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。“Writeonce , 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 JavaVirtual Machine) 即可。由JVM来负责Java程序在该系统中的运行。

1.2.2 JAVA两种核心机制

1. JAVA虚拟机(Java Virtal Machine)

• JVM是一个虚拟的计算机，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。
• 对于不同的平台，有不同的虚拟机。
• 只有某平台提供了对应的java虚拟机，java程序才可在此平台运行
• Java虚拟机机制屏蔽了底层运行平台的差别，实现了“一次编译，到处运行”

2. 垃圾收集机制(Garbage Collection)

• 不再使用的内存空间应回收—— 垃圾回收。
  • 在C/C++等语言中，由程序员负责回收无用内存。
  • Java 语言消除了程序员回收无用内存空间的责任：它提供一种系统级线程跟踪存储空间的分配情况。并在JVM空闲时，检查并释放那些可被释放的存储空间。
• 垃圾回收在Java程序运行过程中自动进行，程序员无法精确控制和干预。
• Java程序还会出现内存泄漏和内存溢出问题吗？Yes!

1.3 JDK的使用

1.3.1 什么是JDK，JRE

JDK(Java Development Kit Java开发工具包)。JDK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，就不用在单独安装JRE了。 其中的开发工具：编译工具(javac.exe) 打包工具(jar.exe)等。

JRE(Java Runtime Environment Java运行环境) 包括Java虚拟机(JVM Java Virtual Machine)和Java程序所需的核心类库等，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。

1.3.2 下载JDK

官方网址：

• www.oracle.com

从Oracle官网下载安装文件“jdk-8u212-windows-x64.exe”

• java.sun.com

1.3.3 安装JDK

• 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。
• 如果操作系统是64位的，软件尽量选择支持64位的（除非软件本身不区分）。
• 当提示安装 JRE 时，正常在JDK安装时已经装过了，但是为了后续使用Eclipse等开发，可以继续安装。
• 工具不报错，建议也根据提示安装JRE。

安装流程：

1. 开始安装JDK

从Oracle官网下载安装文件“jdk-8u201-windows-x64.exe”，双击文件，进入JDK 8安装界面

2. 自定义安装功能和路径

在步骤1图中，单击【下一步】按钮进入JDK自定义安装界面，如图。

在本步骤图中，左侧有三个功能模块，每个模板具有特定功能如下：

• 开发工具：开发工具是JDK中的核心功能模块，包含一系列可执行程序，如javac.exe、java.exe等，还包含了一个专用的JRE环境。
• 源代码：是Java提供公共API类的源代码。
• 公共JRE：是Java程序的运行环境。由于开发工具中已经包含了一个JRE，因此没有必要再安装公共的JRE环境，此项可以不作选择。

开发人员可以根据自己的需求选择所要安装的模块，本教材选择“开发工具”模块。另外，在图中所示的界面右侧有一个【更改】按钮，单击该按钮进入更改JDK安装目录的界面，如图。

3. 完成JDK安装

在步骤2中选择安装路径之后，单击【下一步】按钮开始安装JDK。安装完毕后会进入安装完成界面，如右图。

JDK安装完毕后，会在磁盘上生成一个目录，该目录被称为JDK安装目录，如图。

1. bin目录：该目录用于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。其中最重要的就是javac.exe和java.exe。

• javac.exe是Java编译器，它可以将编写好的Java文件编译成Java字节码文件（可执行的Java程序）。Java源文件的扩展名为.java，如HelloWorld.java。编译后生成对应的Java字节码文件，字节码文件的扩展名为.class，如HelloWorld.class。
• java.exe是Java运行工具，它会启动一个Java虚拟机（JVM）进程，Java虚拟机相当于一个虚拟的操作系统，专门负责运行由Java编译器生成的字节码文件（.class文件）。

2. db目录：db目录是一个小型的数据库。从JDK 6开始，Java中引入了一个新的成员JavaDB，这是一个纯 Java 实现、开源的数据库管理系统。这个数据库不仅轻便，而且支持JDBC 4所有的规范，在学习JDBC时，不需要再额外地安装一个数据库软件，选择直接使用JavaDB即可。
3. jre目录：jre是Java Runtime Environment的缩写，意为Java程序运行时环境。该目录是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。
4. include目录：由于JDK是使用C和C++开发的，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。
5. lib目录：lib是library的缩写，意为Java类库或库文件，是开发工具使用的归档包文件。
6. src.zip文件与javafx-src.zip文件：这两个文件中放置的是JDK核心类的源代码和JavaFX源代码，通过这两个文件可以查看Java基础类的源代码。

1.3.4 配置环境变量

根据windows系统在查找可执行程序的原理，可以将java工具所在路径定义到
path 环境变量中，让系统帮我们去找运行执行的程序。

配置方法：

• 我的电脑–属性–高级系统设置–环境变量
• 编辑 path 环境变量，在变量值开始处加上java工具所在目录，后面用 “ ; ”和其他值分隔
• 开即可。
• 打开DOS命令行，任意目录下敲入javac。如果出现javac 的参数信息，配置成功。

path路径中输入：

%JAVA_HOME%\bin;
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1.3.5 验证是否安装成功

1.4 第一个JAVA程序

1.4.1 编写程序

class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello world");
    }
}
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• class是一个关键字，用于定义一个类。在Java中，一个类就相当于一个程序，所有的代码都需要在类中书写。
• HelloWorld是类的名称，简称类名。class关键字与类名之间需要用空格、制表符、换行符等任意的空白字符进行分隔。类名之后要写一对大括号，它定义了当前这个类的作用域。
• 第2~4行代码定义了一个main()方法，该方法是Java程序的执行入口，程序将从main()方法开始执行类中的代码。
• 第3行代码在main()方法中编写了一条执行语句“System.out.println(“hello world”);”，它的作用是打印一段文本信息并输出到屏幕，执行完这条语句，命令行窗口会输出“hello world”。

在编写程序时，程序中出现的空格、括号、分号等符号必须采用英文半角格式，否则程序会出错。

1.4.2 运行程序

单击【开始】→【所有程序】→【附件】→【运行】（或者使用快捷键Win+R），打开程序运行窗口，如图。

在上图的运行窗口中输入“cmd”，单击【确定】按钮打开命令行窗口，如图：

编译Java源文件，输入“javac HelloWorld.java”命令，编译HelloWorld.java源文件。

运行Java程序，编译文件之后，javac命令执行完毕后，会在bin目录下生成HelloWorld.class字节码文件。在命令行窗口输入“java HelloWorld”命令，运行编译好的字节码文件，运行结果如图。

在Java程序编写、编译以及运行的过程。第一，在使用javac命令进行编译时，需要输入完整的文件名。第二，在使用java命令运行程序时，需要的是类名，而非完整的文件名。

在使用javac命令编译HelloWorld.java程序时，可能会出现“找不到文件”的错误。
原因：
可能是文件的扩展名被隐藏了，虽然文本文件被重命名为“HelloWorld.java”，但实际上该文件的真实文件名“HelloWorld.java.txt”，文件类型并没有得到修改。
解决方法：
让文件显示扩展名，文件显示出扩展名.txt后，将其重命名为HelloWorld.java即可。

1.5 编辑器

1.5.1 Notepad++

1.5.2 eclipse

1.5.3 IDEA

IDEA（全称IntelliJ IDEA）是用于Java程序开发的集成环境（也可用于其他语言），它在业界被公认是最好的Java开发工具之一，尤其在智能代码助手、代码自动提示、重构、J2EE支持、Ant、JUnit、CVS整合、代码审查、创新的GUI设计等方面的功能可以说是超常的。IDEA是JetBrains公司开发的产品，开发人员是以严谨著称的东欧程序员为主。

1. 安装IDEA开发工具