1. Java語言概述

1.1 Java概述

• 是SUN（Stanford University Network，斯坦福大學網路公司）1995年推出的一門高級編程語言。

• 是一種面向Internet的編程語言。Java一開始富有吸引力是因為Java程式可以在Web瀏覽器中運行。這些Java程式被稱為Java小程式（Applet），內嵌在HTML代碼中。

• 伴隨著互聯網的迅猛發展，以及Java技術在web方面的不斷成熟，已經成為Web應用程式的首選開發語言。

1.2 Java語言簡史

起步階段：

1991年，Sun公司的工程師小組想要設計一種語言，應用在家用電器的控制和通信。由於這些設備的處理能力和記憶體都很有限，並且不同的廠商會選擇不同的中央處理器（CPU），因此這種語言的關鍵是：代碼短小、緊湊且與平臺無關。

Gosling團隊率先創造了這個語言，並命名為“Oak"。後因智能化家電的市場需求沒有預期的高，Sun公司放棄了該項計劃。

隨著20世紀90年代互聯網的發展，Sun公司發現該語言在互聯網上應用的前景，於是改造了Oak，於1995年5月以Java的名稱正式發佈。

發展階段：

補充：Java之父——詹姆斯·高斯林（James Gosling）

詹姆斯·高斯林（James Gosling）先生以“Java 技術之父”而聞名於世。他是Java 技術的創始人，他親手設計了Java語言，並開發了Java編譯器和Java虛擬機，使Java成為了世界上最流行的開發語言。

James Gosling於1984 年加入Sun公司，並一直服務於Sun公司，直至2010年前後，Sun被Oracle併購而加入Oracle，擔任客戶端軟體集團的首席技術官; 2010年4月從Oracle離職。

1.3 Java技術體系平臺

• Java SE(Java Standard Edition)標準版
  • 支持面向桌面級應用（如Windows下的應用程式）的Java平臺，即定位個人電腦的應用開發。
  • 包括用戶界面介面AWT及Swing，網路功能與國際化、圖像處理能力以及輸入輸出支持等。
  • 此版本以前稱為J2SE
• Java EE(Java Enterprise Edition)企業版
  • 為開發企業環境下的應用程式提供的一套解決方案，即定位在伺服器端的Web應用開發。
  • JavaEE是JavaSE的擴展，增加了用於伺服器開發的類庫。如：Servlet能夠延伸伺服器的功能，通過請求-響應的模式來處理客戶端的請求；JSP是一種可以將Java程式代碼內嵌在網頁內的技術。
  • 版本以前稱為J2EE
• Java ME(Java Micro Edition)小型版
  • 支持Java程式運行在移動終端（手機、機頂盒）上的平臺，即定位在消費性電子產品的應用開發。
  • JavaME是JavaSE的內伸，精簡了JavaSE 的核心類庫，同時也提供自己的擴展類。增加了適合微小裝置的類庫：javax.microedition.io.*等。
  • 此版本以前稱為J2ME

註意：Android開發不等同於Java ME的開發。

2. Java開發環境搭建

2.1 什麼是JDK、JRE

• JDK（Java Development Kit）：是Java程式開發工具包，包含JRE 和開發人員使用的工具。
• JRE（Java Runtime Environment）：是Java程式的運行時環境，包含JVM 和運行時所需要的核心類庫。

如下是Java 8.0 Platform：

2.2 JDK版本選擇

• 八爺黨：堅守Java的陣地，雖然Java如今都已經進入了20年代，但是依然是一些開發環境的主陣地。
• 革命黨：適應接受新的穩定版本。給開發者帶來更加便利高效的體驗。例如：
  • G1收集器：最受歡迎的GC演算法。Java 11及更高版本的G1收集器是預設的GC，而Java 8中並不是。
  • 框架反推著開發人員使用更高的版本。在Java 17正式發佈之前，Java開發框架Spring率先在官博宣佈，Spring Framework 6和Spring Boot 3計劃在2022年第四季度實現總體可用性的高端基線。意味著springboot3.0 是需要用java17和spring6.0為基礎建設。如果從企業選型最新springboot3.0作為架構來說，它搭配jdk17肯定是標配了。

2.3 JDK的下載

• 下載網址（Oracle公司官網）：www.oracle.com
• 下載步驟：如圖所示，在官網底部選擇Developers開發者

（1）在Developers頁面中間的技術分類部分，選擇Java，單擊進入，如圖所示：

（2）這裡展示的是最新Java版本，例如Java20。下滑到 Java SE 欄目的位置。單擊Download Oracle JDK，然後選擇具體的版本下載。

（3）選擇Download Oracle JDK按鈕後，進入Download Java界面。選擇對應版本點擊下載鏈接下載。

（4）如果想安裝Java 8版本的話，可以在當前頁面繼續下滑到如下位置：

（5）選擇Accept License Agreement，點擊下載。

（6）註冊或登錄後下載：

（7）如果需要安裝其它歷史版本，可以選擇 Java archive：

接著進行選擇下載即可。

2.4 JDK的安裝

• 安裝說明
  • 傻瓜式安裝，下一步即可。
  • 建議：安裝路徑不要有中文或者空格等特殊符號。
  • 以JDK17版本為例。

• 安裝步驟：

（1）雙擊jdk-17_windows-x64_bin.exe文件，並單擊下一步，如圖所示：

（2）修改安裝路徑，單擊更改，如圖所示：

（3）將安裝路徑修改為D:\develop_tools\jdk\jdk-17.0.2\，並單擊下一步，如圖所示：

（4）稍後幾秒，安裝完成，如圖所示：

2.5 配置path環境變數

為什麼配置path？

• path環境變數是window操作系統執行命令時，所要搜尋的路徑。
• 希望在命令行使用javac.exe等工具時，任意目錄下都可以找到這個工具所在的目錄。

JDK8配置方案：配置JAVA_HOME+path（推薦）

• 步驟：

（1）打開桌面上的電腦，進入後在左側找到電腦，單擊滑鼠右鍵，選擇屬性，如圖所示：

（2）選擇高級系統設置，如圖所示：

（3）在高級選項卡，單擊環境變數，如圖所示：

（4）在系統變數中，單擊新建 ，創建新的環境變數，如圖所示：

（5）變數名輸入JAVA_HOME，變數值輸入 D:\develop_tools\jdk\jdk1.8.0_271 ，單擊確定，如圖所示：

（6）選中Path 環境變數，雙擊或者點擊編輯 ，如圖所示：

（7）在變數值的最前面，鍵入%JAVA_HOME%\bin。如圖所示：

註意：強烈建議將%JAVA_HOME%\bin聲明在path環境變數中所有變數的最前面！

（8）環境變數配置完成，重啟DOS命令行，在任意目錄下輸入javac 或java命令或java -version，運行成功。

配置classpath，用於指名class文件識別的路徑。其實是沒必要的。

小結如下：

JDK17配置方案：自動配置

在我們安裝完JDK17之後，理應按JDK8的方式配置path環境變數。但是，我們發現在安裝完JDK17以後，配置環境變數之前，執行CMD指令：

竟然成功了！而且是17.0.2版本。因為JDK17在安裝之後，自動進行了環境變數的配置。如下：

這裡建議，將JDK17安裝的路徑，設置為JAVA_HOME，並將%JAVA_HOME%\bin上移到首位。

3. Java API文檔

• API （Application Programming Interface，應用程式編程介面）是 Java 提供的基本編程介面。

• Java語言提供了大量的基礎類，因此 Oracle 也為這些基礎類提供了相應的說明文檔，用於告訴開發者如何使用這些類，以及這些類里包含的方法。大多數Java書籍中的類的介紹都要參照它來完成，它是編程者經常查閱的資料。

• Java API文檔，即為JDK使用說明書、幫助文檔。類似於字典。

• 下載API文檔：

  • 線上看：https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/index.html
  • 離線下載：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jdk17-doc-downloads.html

4. Java核心機制：JVM

4.1 Java語言的優缺點

4.1.1 優點

• 跨平臺性：這是Java的核心優勢。Java在最初設計時就很註重移植和跨平臺性。比如：Java的int永遠都是32位。不像C++可能是16，32，可能是根據編譯器廠商規定的變化。

  • 通過Java語言編寫的應用程式在不同的系統平臺上都可以運行。“Write once , Run Anywhere”。
  • 原理：只要在需要運行 java 應用程式的操作系統上，先安裝一個Java虛擬機 (JVM ，Java Virtual Machine) 即可。由JVM來負責Java程式在該系統中的運行。

• 面向對象性：面向對象是一種程式設計技術，非常適合大型軟體的設計和開發。面向對象編程支持封裝、繼承、多態等特性，讓程式更好達到高內聚，低耦合的標準。

• 健壯性：吸收了C/C++語言的優點，但去掉了其影響程式健壯性的部分（如指針、記憶體的申請與釋放等），提供了一個相對安全的記憶體管理和訪問機制。

• 安全性高：Java適合於網路/分散式環境，需要提供一個安全機制以防惡意代碼的攻擊。如：安全防範機制（ClassLoader類載入器），可以分配不同的命名空間以防替代本地的同名類、位元組代碼檢查。

• 簡單性：Java就是C++語法的簡化版，我們也可以將Java稱之為“C++--”。比如：頭文件，指針運算，結構，聯合，操作符重載，虛基類等。

• 高性能：

  • Java最初發展階段，總是被人詬病“性能低”；客觀上，高級語言運行效率總是低於低級語言的，這個無法避免。Java語言本身發展中通過虛擬機的優化提升了幾十倍運行效率。比如，通過JIT(JUST IN TIME)即時編譯技術提高運行效率。

  • Java低性能的短腿，已經被完全解決了。業界發展上，我們也看到很多C++應用轉到Java開發，很多C++程式員轉型為Java程式員。

4.1.2 缺點

• 語法過於複雜、嚴謹，對程式員的約束比較多，與python、php等相比入門較難。但是一旦學會了，就業崗位需求量大，而且薪資待遇節節攀升。
• 一般適用於大型網站開發，整個架構會比較重，對於初創公司開發和維護人員的成本比較高（即薪資高），選擇用Java語言開髮網站或應用系統的需要一定的經濟實力。
• 並非適用於所有領域。比如，Objective C、Swift在iOS設備上就有著無可取代的地位。瀏覽器中的處理幾乎完全由JavaScript掌控。Windows程式通常都用C++或C#編寫。Java在伺服器端編程和跨平臺客戶端應用領域則很有優勢。

4.2 JVM功能說明

JVM（Java Virtual Machine ，Java虛擬機）：是一個虛擬的電腦，是Java程式的運行環境。JVM具有指令集並使用不同的存儲區域，負責執行指令，管理數據、記憶體、寄存器。

4.2.1 功能1：實現Java程式的跨平臺性

我們編寫的Java代碼，都運行在JVM 之上。正是因為有了JVM，才使得Java程式具備了跨平臺性。

使用JVM前後對比：

4.2.2 功能2：自動記憶體管理(記憶體分配、記憶體回收)

• Java程式在運行過程中，涉及到運算的數據的分配、存儲等都由JVM來完成
• Java消除了程式員回收無用記憶體空間的職責。提供了一種系統級線程跟蹤存儲空間的分配情況，在記憶體空間達到相應閾值時，檢查並釋放可被釋放的存儲器空間。
• GC的自動回收，提高了記憶體空間的利用效率，也提高了編程人員的效率，很大程度上減少了因為沒有釋放空間而導致的記憶體泄漏。

即使有GC的自動回收功能，Java程式還會出現記憶體溢出和記憶體泄漏問題！