01Java語言概述

JavaSE學習思維導圖

• 1 Java語言概述
  • 1.1 Java 概述
  • 1.2 Java 語言簡史
  • 1.3 Java 之父
  • 1.4 Java 技術體系平臺
• 2 Java 開發環境搭建
  • 2.1 JDK JRE
  • 2.2 JDK版本的選擇
  • 2.3 JDK 的下載
  • 2.4 JDK 的安裝
  • 2.5 配置path環境變數
    • 2.5.1 path環境變數是什麼？
    • 2.5.2 為什麼需要配置path環境變數
    • 2.5.3 配置 path環境變數
    • 2.5.4 JDK17配置方案：自動配置
• 3 開發體驗：HelloWorld
  • 3.1 開發步驟
  • 3.2 編寫
  • 3.3 編譯
  • 3.4 運行
• 4 Java 開發工具
• 5 註釋
  • 5.1 什麼是註釋？
  • 5.2 單行註釋
  • 5.3 多行註釋
  • 5.3 文檔註釋
• 6 Java API文檔
• 7 Java 核心機制：JVM
  • 7.1 Java 語言的優缺點
    • 7.1.1 Java語言的優點
    • 7.1.2 缺點
  • 7.2 JVM功能說明

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，應用在電視機、電話、鬧鐘、烤麵包機等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（即不能與任何特定的體繫結構捆綁在一起）。

Gosling團隊率先創造了這個語言，並命名為“Oak"（起名的原因是因為他非常喜歡自己辦公室外的橡樹)。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。（Java是印度尼西亞爪哇島的英文名稱，因盛產咖啡而聞名。）

發展階段：

1.3 Java 之父

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。

1.4 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。註意：Android開發不等同於Java ME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

2 Java 開發環境搭建

2.1 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：

簡單來說，

​ JDK = JRE + 開發工具集（例如Javac編譯工具等）

​ JRE = JVM + Java SE標準類庫

2.2 JDK版本的選擇

• 大多數java程式員都選擇長期支持的版本，例如jdk8、jdk11、jdk17、jdk21
• 根據個人或企業需求選用jdk的版本

2.3 JDK 的下載

• 下載網址（Oracle公司官網）：www.oracle.com

• 下載步驟：

  • 在官網底部選擇Developers開發者

  

  • 在Developers頁面的頂部，選擇Downloads，單擊進入後點擊Java SE，如圖所示：

  

  

  • 這裡展示的是最新的幾個Java版本，例如jdk21、jdk17。單擊Java archive，然後選擇需要的版本下載。

  

  

  • 註意：需要註冊Oracle公司官網的賬號才能進行下載。

2.4 JDK 的安裝

安裝說明：

• 安裝路徑不要有中文或者空格等特殊符號。
• 以安裝JDK8 和 JDK17作為例子，安裝步驟如下。

安裝步驟：

1. 雙擊jdk-17_wi：ndows-x64_bin.exe文件，並單擊下一步，如下

   

2. 修改安裝路徑，單擊更改，如下

   

3. 將安裝路徑修改為你想安裝的路徑下並記住該詳細路勁，例如我的安裝路徑D:\develop_tools\jdk\jdk-17.0.2\，並單擊下一步開始安裝，如下（當系統盤空間足夠大時也可以選擇預設路徑安裝）

   

4. 等待安裝完成即可

2.5 配置path環境變數

2.5.1 path環境變數是什麼？

window操作系統執行命令時，所要搜尋的路徑。

2.5.2 為什麼需要配置path環境變數

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。

2.5.3 配置 path環境變數

1. 打開桌面上的電腦-->進入後在左側找到此電腦-->單擊滑鼠右鍵-->選擇屬性-->選擇高級系統設置-->在高級選項卡，單擊環境變數

   

   

2. 在系統變數中，單擊新建 ，創建新的環境變數，如圖所示：

   

3. 變數名輸入JAVA_HOME，變數值輸入D:\Java\JDK\jdk1.8.0_271(註意：這裡是jdk的安裝路徑)，單擊確定，如圖所示：

   

4. 選中Path 環境變數，雙擊或者點擊編輯 ，如圖所示：

   

5. 在變數值的最前面，鍵入%JAVA_HOME%\bin。如圖所示：

   

6. 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。

   

7. 引用理解

   

2.5.4 JDK17配置方案：自動配置

不管大家有沒有提前安裝JDK8或其它版本JDK，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：

原因：JDK17在安裝之後，自動進行了環境變數的配置。如下：

這裡之前安裝jdk8設置的JAVA_HOME路徑未修改的話，將path中的%JAVA_HOME%\bin上移到首位，會發現系統所找的還是jdk8版本。

小結：

• 安裝了多個版本jdk時，可以通過修改系統變數值中JAVA_HOME的變數值來使用指定的jdk版本，或者通過調整Path中的對應版本的配置先後順序來使用對應版本的jdk。

3 開發體驗：HelloWorld

JDK安裝完畢，我們就可以開發第一個Java程式了，習慣性的稱為：HelloWorld。

3.1 開發步驟

Java程式開發三步驟：編寫、編譯、運行

• 將 Java 代碼編寫到擴展名為 .java 的源文件中
• 通過 javac.exe 命令對該 java 文件進行編譯，生成一個或多個位元組碼文件
• 通過 java.exe 命令對生成的 class 文件進行運行

3.2 編寫

1. 新建文本文件，文件名修改為HelloWorld.java，其中文件名為HelloWorld，尾碼名必須為.java。

   

2. 用記事本或editplus等文本編輯器打開（雖然記事本也可以，但是沒有關鍵字顏色標識，不利於初學者學習）

3. 在文件中輸入如下代碼，並且保存：

   class HelloWorld {
     	public static void main(String[] args) {
       	System.out.println("HelloWorld!!");
     	}
   }
   

3.3 編譯

在DOS命令行中，進入D:\code\javacode\chapter01目錄，使用javac 命令進行編譯。

命令：
javac Java源文件名.尾碼名java

編譯成功後，命令行沒有任何提示。打開D:\code\javacode\chapter01目錄，發現產生了一個新的文件 HelloWolrd.class，該文件就是編譯後的文件，是Java的可運行文件，稱為位元組碼文件，有了位元組碼文件，就可以運行程式了。

3.4 運行

在DOS命令行中，在位元組碼文件目錄下，使用java 命令進行運行。

命令：
java 主類名字
主類是指包含main方法的類，main方法是Java程式的入口：

運行：

​ java HelloWorld

4 Java 開發工具

• 文本開發工具

• 集成開發工具

5 註釋

5.1 什麼是註釋？

• 源文件中用於解釋、說明程式的文字就是註釋。
• 註釋是一個程式員必須要具有的良好編程習慣。實際開發中，程式員可以先將自己的思想通過註釋整理出來，再用代碼去體現。
• 在一個程式中，代碼不存在邏輯錯誤、bug等問題，不寫註釋不影響程式的運行。
• 程式員寫註釋是必須的，在電腦語言中，註釋是電腦語言的一個重要組成部分，用於在源代碼中解釋代碼的作用，可以增強程式的可讀性，可維護性。
• Java 註釋主要有三種類型：單行註釋、多行註釋、文檔註釋

5.2 單行註釋

單行註釋以雙斜杠 // 開始：

//這是一個單行註釋
public static void main(String[] args){
    
}

5.3 多行註釋

多行註釋以 /*開始，以 */結束：

/*
這是一個多行註釋
可以用來註釋多行代碼
*/
int y = 20; // 初始化一個變數y為20

5.3 文檔註釋

文檔註釋以 /** 開始，以 */ 結束，通常出現在類、方法、欄位等的聲明前面，用於生成代碼文檔，這種註釋可以被工具提取並生成 API 文檔，如 JavaDoc。

/**
*這是一個文檔註釋示例
*它通常包含類、方法、欄位的詳細信息
*/
public class MyClass{
    ...
}

文檔註釋的格式通常包含一些特定的標簽，如,@param 用於描述方法參數，@return 用於描述返回值，@throws 用於描述可能拋出的異常等等，這些標簽有助於生成清晰的API文檔，以便其他開發者能夠更好地理解和使用你的代碼。例子：

/**
 * ClassName: HelloWorld
 * @Author termsw
 * @Create 2023/12/19 9:05
 * @Version 1.0
 */
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
		System.out.println("Hello World!");
	}
}

文檔註釋內容可以被JDK提供的工具 javadoc 所解析，生成一套以網頁文件形式體現的該程式的說明文檔。

javadoc -d mydoc -author -version Java源文件名.尾碼名java

6 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。
• 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

7 Java 核心機制：JVM

7.1 Java 語言的優缺點

Java確實是從C語言和C++語言繼承了許多成份，甚至可以將Java看成是類C語言發展和衍生的產物。“青出於藍，而勝於藍”。

7.1.1 Java語言的優點

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。

• 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。

7.1.2 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。

7.2 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。

• 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。

• 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。
  • 註意：Java程式還會出現記憶體溢出和記憶體泄漏的問題

練習：

案例：個人信息輸出（姓名，性別，家庭住址等）

public class PersonalInfo {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("姓名：termsw");
		System.out.println(""); //換行操作
		System.out.println("性別：男");
		System.out.println("家庭住址：xxxxxxx");
	}
}