Java 簡(jiǎn)介

1. Java 的歷史

1995 年 5 月 23 日，Sun Microsystems 公司宣布 Java 語(yǔ)言誕生， 當(dāng)時(shí)使用 Java 的總?cè)藬?shù)還不到 30 人，可能包括 Java 語(yǔ)言之父詹姆斯·高斯林在內(nèi)的大多數(shù)聯(lián)合創(chuàng)始人都無(wú)法預(yù)想，Java 在未來(lái)的二十年間，居然會(huì)給互聯(lián)網(wǎng)乃至我們的生活帶來(lái)如此深遠(yuǎn)的影響。

目前 Java 提供以下三個(gè)版本：

• Java Platform, Enterprise Edition（Java EE：Java 平臺(tái)企業(yè)版）；

• Java Platform, Standard Edition（Java SE：Java 平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)版）；

• Java Platform, Micro Edition（Java ME：Java 平臺(tái)微型版）。

2006 年，SUN 公司在 JavaOne 大會(huì)上，宣布在 GNU 通用公共協(xié)議（GPL）的構(gòu)架下向開源世界貢獻(xiàn) Java 平臺(tái)，這次開放的 Java 版本包括了其標(biāo)準(zhǔn)版（Standard）、微型版（Micro）以及企業(yè)版（Enterprise）。這是一個(gè)具有 “歷史性意義” 的改變。

2. 語(yǔ)言特性

Java 語(yǔ)言的誕生，重新定義了面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）。Java 語(yǔ)言的創(chuàng)建之初，就定下了以下幾個(gè)目標(biāo)：

• 簡(jiǎn)單易學(xué)，并且面向?qū)ο螅?/p>

• 必須健壯且安全；

• 擺脫平臺(tái)的依賴性；

• 高性能執(zhí)行；

• 必須是可解釋的，多線程的，動(dòng)態(tài)的。

面向?qū)ο螅∣bject Oriented）指的是一種編程方法。面向?qū)ο蟮闹饕枷胧牵簢@著我們所操縱的 “事物”（即對(duì)象）來(lái)設(shè)計(jì)軟件。 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展為軟件技術(shù)的發(fā)展提供了更好的土壤，為了讓大型軟件項(xiàng)目易于管理，降低開發(fā)和維護(hù)的成本，面向?qū)ο蠹夹g(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生。為了了解面向?qū)ο蠹夹g(shù)的誕生原因，我們下面來(lái)介紹幾種比較具有代表性的軟件技術(shù)。

2.1.1 匯編語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言是軟件技術(shù)的開端，這種語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言非常接近，并且可以很容易地轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行代碼。使用匯編語(yǔ)言的程序員，必須了解計(jì)算機(jī)的詳細(xì)體系結(jié)構(gòu)才能編寫程序。

2.1.2 程序語(yǔ)言

在匯編語(yǔ)言之后，開發(fā)了高級(jí)語(yǔ)言，可以使用語(yǔ)言的編譯器（如 gcc）將高級(jí)程序代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令。這樣程序員無(wú)需再深入了解計(jì)算機(jī)硬件的體系結(jié)構(gòu)。為了提高代碼的可復(fù)用性并最大程度地減少 GOTO 指令的使用，引入了面向過(guò)程技術(shù)。雖然簡(jiǎn)化了軟件流程控制的創(chuàng)建和維護(hù)，但是忽視了數(shù)據(jù)的組織。調(diào)試和維護(hù)許多全局變量的程序，變成了程序員的一場(chǎng)噩夢(mèng)。

2.1.3 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言

在面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言中，數(shù)據(jù)被抽象地封裝在對(duì)象中。特定于對(duì)象中的數(shù)據(jù)只能通過(guò)該對(duì)象來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)。這樣，程序就成為了對(duì)象之間的一系列交互。Java 語(yǔ)言就是一個(gè)純面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。

2.2 跨平臺(tái)性

我們也許常常聽到一句口號(hào) ——“一次編譯，到處執(zhí)行（write once, run anywhere.）”，這里說(shuō)的就是 Java 的跨平臺(tái)性，我們首先來(lái)看下在 c 或 c++ 中，代碼是如何在不同平臺(tái)運(yùn)行的：

在 c 或 c++ 中，我們首先要將源代碼文件編譯為機(jī)器代碼文件，然后再去執(zhí)行它。這個(gè)過(guò)程中，機(jī)器代碼文件必須在為其編譯的平臺(tái)才能執(zhí)行（這里的平臺(tái)指的是 Windows、Linux、Mac OS 等），也就是說(shuō)，我們的代碼如果希望在多個(gè)平臺(tái)執(zhí)行，那就必須多次編譯程序。這不僅給程序員帶來(lái)了繁瑣的開發(fā)步驟（代碼稍做變更就要重新編譯整個(gè)程序），也給程序帶來(lái)了更大的漏洞風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)代碼已經(jīng)編譯為可執(zhí)行文件時(shí)，這個(gè)可執(zhí)行文件不能動(dòng)態(tài)更改，此時(shí)需要更改代碼重新編譯，以替換舊的可執(zhí)行文件。

我們來(lái)看看 Java 是如何做的吧：

Java 的思想是，將代碼編譯為中間語(yǔ)言，中間語(yǔ)言是字節(jié)碼，解釋器是 Java 虛擬機(jī)（JVM）。字節(jié)碼文件可以通用，JVM 是特定于平臺(tái)的。如下圖所示：

每一個(gè)平臺(tái)都需要一個(gè) JVM ，這里 JVM 是實(shí)現(xiàn) “到處執(zhí)行” 的關(guān)鍵前提，所以，在 Java 中，我們只需要生成一個(gè)字節(jié)碼文件，就可以保證我們編寫的程序在任何平臺(tái)都能運(yùn)行了。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化

在 Java 中，提供了大量的標(biāo)準(zhǔn)化庫(kù)，這保證了我們使用統(tǒng)一的接口對(duì)程序進(jìn)行控制。

2.4 異常處理

異常處理的老方式是：讓每個(gè)函數(shù)返回一個(gè)錯(cuò)誤代碼，調(diào)用者會(huì)檢查其返回的內(nèi)容，這樣就導(dǎo)致了代碼中到處都是錯(cuò)誤碼的校驗(yàn)，從而讓源碼變得難以閱讀。

在異常處理的新方式中，函數(shù)或方法不再返回錯(cuò)誤碼，而是以拋出異常的方式來(lái)進(jìn)行異常處理，在 Java 中可以使用 catch 關(guān)鍵字來(lái)捕獲在 try 語(yǔ)句塊中所發(fā)生的異常。這樣我們無(wú)需頻繁通過(guò)定義錯(cuò)誤代碼的方式處理異常，代碼可讀性大大提高。

2.5 動(dòng)態(tài)類加載

在 Java 中，如果在執(zhí)行階段不需要某個(gè)類，那么這個(gè)類就不會(huì)被編譯為字節(jié)碼。在網(wǎng)絡(luò)編程中，這個(gè)特性非常常用。當(dāng)我們不知道將執(zhí)行什么代碼時(shí)，程序可以從文件系統(tǒng)或遠(yuǎn)端服務(wù)器加載類。

2.6 自動(dòng)垃圾回收機(jī)制

在常規(guī)語(yǔ)言（例如 C 和 C++）中，程序員必須確保已分配的內(nèi)存被釋放。防止造成內(nèi)存泄漏的麻煩。

內(nèi)存資源或緩沖區(qū)具有特定的操作模式以獲得最佳性能。一旦緩沖區(qū)中充滿了數(shù)據(jù)，就需要在不再使用其內(nèi)容之后將其清除。如果程序員忘記清除其代碼中的內(nèi)容，則內(nèi)存很容易過(guò)載。Java 使用自動(dòng)垃圾收集器來(lái)管理對(duì)象生命周期中的內(nèi)存。程序員確定何時(shí)創(chuàng)建對(duì)象，一旦不再使用對(duì)象，Java 運(yùn)行時(shí)將負(fù)責(zé)恢復(fù)內(nèi)存。一旦沒有了對(duì)對(duì)象的引用，則垃圾回收器將自動(dòng)釋放無(wú)法訪問(wèn)的內(nèi)存。

自動(dòng)垃圾回收機(jī)制，讓使用 Java 編寫的代碼更加健壯，降低了內(nèi)存泄漏和溢出的風(fēng)險(xiǎn)。程序員唯一需要注意的是對(duì)象創(chuàng)建的速度。如果應(yīng)用程序創(chuàng)建對(duì)象的速度超過(guò)了垃圾收集器釋放對(duì)象的速度，則可能導(dǎo)致內(nèi)存相關(guān)問(wèn)題。

3. Java 的版本歷史

Java 的主要發(fā)行版本及其發(fā)行日期如下：

• JDK 1.0（1996 年 1 月 23 日）

• JDK 1.1（1996 年 2 月 19 日）

• J2SE 1.2（1998 年 12 月 8 日）

• J2SE 1.3（2000 年 5 月 8 日）

• J2SE 1.4（2002 年 2 月 6 日）

• J2SE 5.0（2004 年 9 月 30 日）

• Java SE 6（2006 年 12 月 11 日）

• Java SE 7（2011 年 7 月 28 日）

• Java SE 8（2014 年 3 月 18 日）

• Java SE 9（2017 年 9 月 21 日）

• Java SE 10（2018 年 3 月 20 日）

• Java SE 11（2018 年 9 月 25 日）

• Java SE 12（2019 年 3 月 19 日）

• Java SE 13（2019 年 9 月 17 日）

• Java SE 14（2020 年 3 月 17 日）

• Java SE 15（2020 年 9 月 15 日）

• Java SE 16（2021 年 3 月 16 日）

4. 名詞解釋

我們將在后續(xù)詳細(xì)介紹如何在不同平臺(tái)上安裝 Java，在安裝 Java 之前，我們需要理解兩個(gè)名詞，JDK 和 JRE：

• JRE：Java Runtime Environment （Java 運(yùn)行時(shí)環(huán)境）

• JDK：Java Development Kit （Java 開發(fā)工具包）

以上兩個(gè)名詞是 Java 平臺(tái)的兩大重要軟件，他們分別可以幫助用戶運(yùn)行和開發(fā) Java 程序，JDK 是 JRE 的超集，包含 JRE 的所有內(nèi)容，以及開發(fā)小程序和應(yīng)用程序所需的工具，例如編譯器和調(diào)試器。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們?nèi)绻胍?Java 語(yǔ)言去開發(fā)應(yīng)用程序，就要在我們的電腦上安裝 JDK。本教程使用最新版本的 Java 16。

5. 學(xué)習(xí)基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)本教程，最好有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉計(jì)算機(jī)軟件的下載、安裝等。當(dāng)然，如果你沒有任何基礎(chǔ)知識(shí)也不必?fù)?dān)心，本教程會(huì)盡量使用通俗易懂的語(yǔ)言來(lái)講解知識(shí)點(diǎn)。

6. 小結(jié)

在大多數(shù)人看來(lái)，Java 語(yǔ)言已經(jīng)非常完美，但是，Java 語(yǔ)言并非沒有缺陷，Java 語(yǔ)言缺少硬件特定的數(shù)據(jù)類型，也沒有能夠指向任意地址的指針或編程方法之類的功能。盡管這些功能有可能被程序員誤用或?yàn)E用，但不得不承認(rèn)它們是強(qiáng)大的工具。

在本節(jié)中，我們對(duì) Java 語(yǔ)言的歷史以及主要特性有了一個(gè)初步的了解，小伙伴們是不是已經(jīng)迫不及待，要更加深入了解 Java 了呢？那么在下一小節(jié)，我們將了解如何在自己的電腦上安裝 Java。