Java语言概述

Ja va语言概述

这一节，我们会快速梳理Ja va的来龙去脉。从它的诞生背景、技术体系，到它在各领域的实际应用，再到语言的核心特性、工作机制（虚拟机、垃圾回收）、开发工具链——几乎是零基础入门Ja va必备的全景图。先看几个关键词：Ja va简史、技术体系平台、应用领域、语言特征、JVM与GC机制、JDK/JRE/JVM的层级关系、注释规范、API文档，以及常用IDE。好，一个个展开。

Ja va语言概述

Ja va由Sun公司（Stanford University Network，斯坦福大学网络公司）于1995年推出，是一门高级编程语言。它天生就是为了互联网而生的——早期最吸引人的一点是，Ja va程序可以在Web浏览器里运行，这种程序叫作Ja va小程序（applet）。applet拥有现代图形用户界面，能与Web用户实时交互，并且直接嵌入在HTML代码中。随着Ja va在Web方向的不断成熟，它已经成了Web应用程序的首选开发语言。

后台开发的语言阵营里，Ja va与PHP、Python、Go、Node.js并列，但论企业级应用的占有率，Ja va长期稳居前列。

Ja va简史

• 1991年：Green项目启动，最初语言命名为Oak（橡树）。
• 1994年：开发团队意识到Oak非常适合互联网。
• 1996年：发布JDK 1.0，当时约8.3万个网页使用Ja va技术制作。
• 1997年：发布JDK 1.1，召开Ja vaOne会议，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：Ja va分为J2SE、J2EE、J2ME，JSP/Servlet技术诞生。
• 2004年：发布里程碑式版本JDK 1.5，为凸显重要性更名为JDK 5.0。
• 2005年：J2SE → Ja vaSE，J2EE → Ja vaEE，J2ME → Ja vaME。
• 2009年：Oracle公司以74亿美元收购Sun。
• 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。
• 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（版本号18.3）。
• 2018年9月：发布JDK 11.0（版本号18.9）。

Ja va技术体系平台

Ja va SE（Ja va Standard Edition，标准版）：支持桌面级应用（如Windows下的应用程序），提供完整的Ja va核心API，以前称为J2SE。

Ja va EE（Ja va Enterprise Edition，企业版）：为开发企业环境下的应用程序提供解决方案，包含Servlet、JSP等技术，主要面向Web应用，以前称为J2EE。

Ja va ME（Ja va Micro Edition，小型版）：支持Ja va程序运行在移动终端（手机、PDA），对API有所精简，并加入了针对移动终端的支持，以前称为J2ME。

Ja va Card：支持小程序（Applets）运行在小内存设备（如智能卡）上的平台。

Ja va在各领域的应用

企业级应用：复杂的大企业软件系统、各类网站。Ja va的安全机制与跨平台优势，使其在分布式系统领域开发中广泛应用，覆盖金融、电信、交通、电子商务等行业。

Android平台应用：Android应用使用Ja va语言编写，Android开发水平高低很大程度上取决于Ja va核心能力是否扎实。

大数据平台开发：Hadoop、Spark、Storm、Flink等框架及中间件（Flume、Kafka、Sqoop等）大多用Ja va编写，同时提供Ja va、Scala、Python、R等语言API。

移动领域应用：主要体现于消费和嵌入式领域，包括手机、PDA、机顶盒、汽车通信设备等。

Ja va语言的诞生

Ja va之父詹姆斯·高斯林（James Gosling）团队在开发“Green”项目时，发现C语言缺少垃圾回收系统，也没有可移植的安全性、分布式和多线程功能。最终，他们想要一种易于移植到各种设备上的平台。

Ja va从C和C++继承了很多成分——变量声明、操作符形式、参数传递、流程控制等几乎完全相同。但同时，Ja va是纯粹的面向对象语言，继承了C++面向对象的核心。它舍弃了容易引起错误的指针（以引用取代）、运算符重载、多重继承（以接口取代），并增加了垃圾回收器自动回收不再被引用的对象所占据的内存。JDK 1.5又引入了泛型、类型安全的枚举、不定长参数和自动装/拆箱。

主要特性

易学：语法与C/C++接近，大多数程序员很容易上手。

强制面向对象：提供类、接口、继承等原语，只支持类之间的单继承，但支持接口间的多继承及类与接口的实现机制（关键字 implements）。

分布式：支持Internet应用开发，基本API中提供网络编程接口（ja va.net），包括URL、URLConnection、Socket、ServerSocket，RMI（远程方法激活）也是分布式开发的重要手段。

健壮：强类型机制、异常处理、垃圾自动收集保证了健壮性。丢弃指针是明智之举。

安全：常用于网络环境，提供安全机制防恶意代码攻击，如类加载器（ClassLoader）分配不同名字空间防止替代本地同名类，以及字节码检查。

体系结构中立：.ja va文件被编译为字节码（.class），可在任何实现了Ja va平台的系统中运行。

解释型：字节码在Ja va平台上的解释器中运行。

性能略高：相比解释型高级脚本语言，Ja va性能较优。

原生支持多线程：线程是一种特殊对象，须由Thread类或其子类创建。

Ja va语言的特点

特点一：面向对象
两个基本概念：类、对象。三大特性：封装、继承、多态。

特点二：健壮性
吸收了C/C++的优点，去掉了影响程序健壮性的部分（如指针、内存申请与释放），提供了相对安全的内存管理和访问机制。

特点三：跨平台性
“Write once, Run Anywhere”。原理：在需要运行Ja va应用程序的操作系统上先安装Ja va虚拟机（JVM），由JVM负责程序在该系统中的运行。

Ja va两种核心机制

Ja va虚拟机（Ja va Virtual Machine, JVM）

JVM是一个虚拟计算机，具有指令集并使用不同存储区域，负责执行指令、管理数据、内存和寄存器。不同平台有不同的虚拟机。只有某平台提供了对应的JVM，Ja va程序才能在此平台运行。JVM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”。

垃圾收集机制（Garbage Collection, GC）

不再使用的内存空间需要回收——这就是垃圾回收。在C/C++中由程序员负责回收无用内存，而Ja va消除了程序员回收无用内存的责任：它提供一个系统级线程跟踪存储空间的分配情况，并在JVM空闲时检查并释放可被释放的存储空间。垃圾回收在Ja va程序运行过程中自动进行，程序员无法精确控制和干预。需要注意的是：Ja va程序仍然可能出现内存泄漏和内存溢出问题。

JDK、JRE、JVM关系

JDK = JRE + 开发工具集（例如Ja vac编译工具等）

JRE = JVM + Ja va SE标准类库

注释（comment）

注释是用于注解说明程序的文字。Ja va中有三种注释类型：

• 单行注释：格式 // 注释文字
• 多行注释：格式 /* 注释文字 */（注意多行注释内不允许嵌套多行注释）
• 文档注释（Ja va特有）：格式 /** ... */，其中可包含 @author 指定作者，@version 指定版本。文档注释内容可被JDK提供的 ja vadoc 工具解析，生成网页形式的说明文档。

注释不仅提高了代码的阅读性，也是调试程序的重要方法。好的程序员习惯先通过注释整理思路，再用代码去体现。对于单行和多行注释，被注释的文字不会被JVM解释执行。

Ja va API文档

API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）是Ja va提供的基本编程接口。Ja va语言提供了大量基础类，Oracle也为这些类提供了对应的API文档，告诉开发者如何使用这些类及类中的方法。可以从Oracle官网下载：
http://www.oracle.com/technetwork/ja va/ja vase/downloads/index.html，在“Additional Resources”中找到Ja va SE 8 Documentation下载。

常用的Ja va开发工具

文本编辑工具：记事本、UltraEdit、EditPlus、TextPad、NotePad++等。

集成开发环境（IDE）：JBuilder、NetBeans、Eclipse、MyEclipse、IntelliJ IDEA等。其中IntelliJ IDEA是目前社区和企业级开发中最流行的选择。