Java 概述

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Java 概述，C/C++ 和 Java 的区别、安装并配置 JDK、JVM 虚拟机简述、Java 类和对象的概念、package 和 import 用法等

Java语言

Java 是典型的面向对象的语言，晚于 C++ 发布，部分语法和思想也参考了 C++；

尽管人们发现 C++ 的语法太复杂，有很多冗余，但是 Java 在设计的时候还是尽可能的接近 C++，降低人们的学习成本；
Java 语法是 C++ 语法的一个“纯净”版，没有头文件、指针运算（也没有指针语法）、结构、联合、运算符重载、虚基类等；

Java 的应用非常广泛：

  • Web 开发：Java 非常适合开发大型的企业网站，例如人人网、去哪儿网的后台都是 Java；
  • Android 开发：Android 手机上 APP 几乎都是用 Java 开发的，例如 QQ、微信、UC 浏览器；
  • 客户端开发：Java 也可以用来开发电脑上的软件，例如 Elicpse、Netbeans；
  • 嵌入式应用：嵌入式应用就是在小型电子产品中运行的软件，例如老式手机上的软件、MP3 上的软件；

但是，Java 目前的主要应用方向是Web 开发和Android 开发，大部分 IT 公司招聘的 Java 程序员也是从事这两方面的工作；

Java 的 GUI 库称不上出色，很多用户不习惯它的界面；Java 编写的客户端资源消耗也比较多；更重要的是，Java 程序必须借助 jvm 才能运行，操作系统默认没有安装 jvm；直接投放市场的面向普通用户的客户端程序，用 Java 开发的很少；

在嵌入式方面，Java 很难操作底层硬件，灵活性较小，而且需要 jvm 支持，占用资源较多，对于配置很低的单片机系统来说有些吃力；所以，在力求高效、小型化、执行关键任务的应用中，最好采用汇编和 C 语言；

Java 虽然是一门功能完善的语言，但是它有自己擅长的方面，也有不擅长的方面，大家在具体项目中要学会取舍；

JVM虚拟机

Java 具有跨平台的特性，可以“一次编译，到处运行”，在 Windows 下编写的程序，无需任何修改就可以在 Linux 下运行，这是 C 和 C++ 很难做到的（这话有点偏激，说实话现代 C++ 越来越统一了，也能做到“一次编写，到处编译”）；

那么，跨平台是怎样实现的呢？这就要谈及Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称 JVM）了；

JVM 也是一个软件，不同的平台有不同的版本；我们编写的 Java 源码，编译后会生成一种.class文件，称为字节码文件；JVM 就是负责将字节码文件翻译成特定平台下的机器码然后运行；
也就是说，只要在不同平台上安装对应的 JVM，就可以运行字节码文件，运行我们编写的 Java 程序；

而这个过程中，我们编写的 Java 程序没有做任何改变，仅仅是通过 JVM 这一中间层，就能在不同平台上运行，真正实现了”一次编译，到处运行“的目的；

JVM 是一个”桥梁“，是一个”中间件“，是实现跨平台的关键，Java 代码首先被编译成平台无关的字节码文件，再由 JVM 将字节码文件翻译成机器语言，从而达到运行 Java 程序的目的；

注意：编译的结果不是生成机器码，而是生成字节码，字节码不能直接运行，必须通过 JVM 翻译成机器码才能运行；不同平台下编译生成的字节码是一样的，但是由 JVM 翻译成的机器码却不一样；

所以，运行 Java 程序必须有 JVM 的支持，因为编译的结果不是机器码，必须要经过 JVM 的再次翻译才能执行；

跨平台的是 Java 程序，不是 JVM；JVM 是用 C/C++ 开发的，是编译后的机器码，不能跨平台，不同平台下需要安装不同版本的 JVM；
JVM 只关心由 JAVA 源文件编译而成的字节码文件，不关心 JAVA 源码文件，运行 JAVA 程序也只需要提供编译后的.class文件

JVM 的执行效率
Java 推出的前几年，人们有不同的看法，解释字节码肯定比全速运行机器码慢很多，牺牲性能换来跨平台的优势是否值得？

然而，JVM 有一个选项，可以将使用最频繁的字节码翻译成机器码并保存，这一过程被称为即时编译；这种方式确实很有效，致使微软的 .NET 平台也使用了虚拟机；

现在的及时编译器已经相当出色，甚至成了传统编译器的竞争对手，某些情况下甚至超过了传统编译器，原因是 JVM 可以监控运行时信息；例如，即时编译器可以监控使用频率高的代码并进行优化，可以消除函数调用（即“内嵌”）；

但是，Java 毕竟有一些 C/C++ 没有的额外的开销，关键应用程序速度较慢；比如 Java 采用了与平台无关的绘图方式，GUI 程序（客户端程序）执行要慢；虚拟机启动也需要时间；

JAVA 的客户端市场
Java 的 GUI 库称不上出色，界面不算友好，大部分用户不太习惯；Java 的客户端资源消耗也比较大，大数据量的应用和功能复杂的应用性能堪忧；

更加不能接受的是，微软因自身利益和 SUN 分家后，Windows 便不再预装 JVM 了，用户安装你的程序之前，必须要安装 JVM 并正确设置，你可以要求普通用户安装你的软件，但是你能期望他了解 JVM 的有关知识并正确安装设置吗？

虽然你可以将 JVM 集成在你的程序中，自动安装并设置，不让用户干预，但是你希望附带一个比你的程序还要大好多的 JVM 吗？一个软件这样做或许可以接受，成千上万个软件都这样做，那用户要安装多少个 JVM？磁盘空间要浪费多少？

所以，直接投放市场的面向普通用户的客户端程序，用 Java 开发的很少，大部分 Java 开发的客户端是给企业内部员工使用；如果你希望从事客户端开发，建议学习 C/C++ 和 .NET，它们在 Window 客户端开发方面有较大的优势；

种种原因，注定了 Java 客户端不利于推向市场，让普通用户接受；不过话又说回来，客户端开发也不是 Java 的初衷，Java 最初是面向嵌入式的，却随着互联网的兴起而快速成长，在 Web 开发上大显身手；

J2SE、J2EE、J2ME

1998 年 12 月，SUN 公司发布了 Java 1.2，开始使用“Java 2” 这一名称，目前我们已经很少使用 1.2 之前的版本，所以通常所说的 Java 都是指 Java2；

Java 有三个版本，分别为 J2SE、J2EE 和 J2ME：

J2SE(Java 2 Platform Standard Edition)标准版
J2SE 是 Java 的标准版，主要用于开发客户端（桌面应用软件），例如常用的文本编辑器、下载软件、即时通讯工具等，都可以通过 J2SE 实现；

J2SE 包含了 Java 的核心类库，例如数据库连接、接口定义、输入/输出、网络编程等；学习 Java 编程就是从 J2SE 入手；

J2EE(Java 2 Platform Enterprise Edition)企业版
J2EE 是功能最丰富的一个版本，主要用于开发高访问量、大数据量、高并发量的网站，例如美团、去哪儿网的后台都是 J2EE；通常所说的 JSP 开发就是 J2EE 的一部分；

J2EE 包含 J2SE 中的类，还包含用于开发企业级应用的类，例如 EJB、servlet、JSP、XML、事务控制等；
J2EE 也可以用来开发技术比较庞杂的管理软件，例如ERP系统（Enterprise Resource Planning，企业资源计划系统）；

J2ME(Java 2 Platform Micro Edition)微型版
J2ME 只包含 J2SE 中的一部分类，受平台影响比较大，主要用于嵌入式系统和移动平台的开发，例如呼机、智能卡、手机（功能机）、机顶盒等；

在智能手机还没有进入公众视野的时候，你是否还记得你的摩托罗拉、诺基亚手机上有很多 Java 小游戏吗？这就是用 J2ME 开发的；Java 的初衷就是做这一块的开发；

注意：Android 有自己的开发组件，不使用 J2ME 进行开发；

Java5.0 版本后，J2SE、J2EE、J2ME 分别更名为 Java SE、Java EE、Java ME，由于习惯的原因，我们依然称之为 J2SE、J2EE、J2ME；

配置Java环境

笔者主要使用 Linux + Vim 进行 Java SE 的学习，因此这里的安装环境也是指 Linux 环境；

下载页面：Java SE Development Kit 8u144
选择 Linux 平台的*.tar.gz文件；可以直接解压使用，纯绿色软件；

解压之后将 jdk 文件夹拷贝到某个目录，这里选择/opt/jdk1.8.0，然后设置环境变量JAVA_HOME、PATH即可，具体步骤如下：

Hello World程序
为了验证 java 环境是否正确配置，我们按照惯例先来一个 Hello World 程序：

Java 和 C/C++ 一样，都是从 main() 函数开始运行，并且 main() 函数的属性必须是public static；
一个 Java 源文件中只能有一个 public 属性的 class，并且必须与文件名同名，当然一个源文件中也可以没有 public 属性的 class，并且不强制与文件名相同；

Java类和对象

Java 中的类可以看作是 C 语言中结构体 struct 的升级版，结构体只能包含成员变量，而类除了可以包含成员变量，还可以包含成员函数；

我们用三个例子感受一下 C、C++、Java 中如何实现一个简单的 Student 类；

C语言：

C++：

Java：

Java类库结构

Java 类库中有很多包：

  • 以java.*开头的是 Java 的核心包，所有程序都会使用这些包中的类；
  • 以javax.*开头的是扩展包，x 是 extension 的意思，也就是扩展；虽然javax.*是对java.*的优化和扩展，但是由于javax.*使用的越来越多，很多程序都依赖于javax.*，所以javax.*也是核心的一部分了，也随 JDK 一起发布；
  • 以org.*开头的是各个机构或组织发布的包，因为这些组织很有影响力，它们的代码质量很高，所以也将它们开发的部分常用的类随 JDK 一起发布；

在包的命名方面，为了防止重名，有一个惯例：大家都以自己域名的倒写形式作为开头来为自己开发的包命名，例如百度发布的包会以com.baidu.*开头，w3c 组织发布的包会以org.w3c.*开头等等；

java 中常用的几个包介绍：

  • java.lang：该包提供了 Java 编程的基础类，例如 Object、Math、String、StringBuffer、System、Thread 等；
  • java.util：该包提供了包含集合框架、遗留的集合类、事件模型、日期和时间实施、国际化和各种实用工具类等；
  • java.io：该包通过文件系统、数据流和序列化提供系统的输入与输出；
  • java.text：提供了与自然语言无关的方式来处理文本、日期、数字和消息的类和接口；
  • java.net：该包提供实现网络应用与开发的类；
  • java.sql：该包提供了使用 Java 语言访问并处理存储在数据源中的数据 API；
  • java.awt、javax.swing：这两个包提供了 GUI 设计与开发的类；java.awt 包提供了创建界面和绘制图形图像的所有类，而 javax.swing 包提供了一组“轻量级”的组件，尽量让这些组件在所有平台上的工作方式相同；

其中，java.lang.*由 JAVA 编译器自动 import 到每个源文件中，因此不需要我们再次显示 import；

package和import

package 为解决类的命名冲突问题而引入的机制，和 C++ 中的命名空间是差不多的概念；

package 语句作为 Java 源文件的第一条语句（若缺省该语句，则指定为无名包）；

通常 package 的名字都是公司域名的倒写，比如对于域名 google.com，那么包名就是com.google，实际文件夹的组织路径为$CLASSPATH/com/google/*.java|class（CLASSPATH为类的搜索路径）；

import 导入
如果需要使用一个包中的类，那么有两种方式：

  • 使用类时带上包名：比如对于包java.util中的类Arrays，可以这样使用System.out.println(java.util.Arrays.toString(arr));
  • 使用 import 导入：先导入包import java.util.*;，然后System.out.println(Arrays.toString(arr));
    import语句需要在package声明语句后面，如果没有 package 语句，那么就是文件首行，可以有多个 import 语句；

注意，同级目录下（也就是同一个包中）的类不需要也不能使用import XXX;来进行导入，进行编译时会产生错误。

CLASSPATH 环境变量
这里再说明一下CLASSPATH环境变量：
在 jdk1.5 之后，配置 java 环境的时候并不需要显示的设置 CLASSPATH 环境变量了，java 默认会在.（当前目录）和$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar中搜寻；
如果自己使用的包不在这些路径下面，那么有两种方法：

  • 使用-classpath参数进行指定：java -classpath .:/path/to/classpath，多个可用:冒号分隔；
  • 使用CLASSPATH环境变量指定：export CLASSPATH=.:/path/to/classpath，多个可用:冒号分隔；

CLASSPATH 搜索路径优先级（从高到低）

  • -classpath/-cp参数指定的路径
  • $CLASSPATH环境变量指定的路径
  • 默认搜索路径.:$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar

注意，java/javac 只会使用其中的一个（按照优先级），比如，只要指定了-classpath/-cp参数，就不会考虑后面的两个。还有一点，无论是什么方式，java/javac 都会默认搜索$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar。

import 静态导入
import static可以导入 static 成员至当前命名空间：
比如包com.zfl9中的类Demo中有两个静态成员static_var、static_func()，前者是一个静态成员变量，后者是一个静态成员函数；
那么可以使用静态导入import static com.zfl9.Demo.*;将他们导入到当前命名空间，然后就能直接使用了；

javac和java

javac命令位于$JAVA_HOME/bin/javac，是 Java 的编译器，用于将*.java源文件编译为*.class字节码文件；
java命令位于$JAVA_HOME/bin/java或$JAVA_HOME/jre/bin/java，是 Java 的解释器，用于将*.class字节码解释为特定平台的机器码；

javac命令可以一次只编译一个源文件：javac Test.java，也可以一次编译多个文件：javac A.java B.java C.java；

对于 javac，每个类编译后都会生成一个和类名一样的 class 文件，不管这些类在不同文件中还是都在一个文件中；
例如，对于一个源文件Main.java，定义了类：Main、A、B、C，那么编译后生成的 class 文件为：Main.class、A.class、B.class、C.class；

对于 javac、java 命令，都有一个-classpath选项，用于指定 class 的搜索路径，但是有些细微的区别：

  • javac：-classpath选项用于指定当前编译的*.java源文件的依赖包的搜索路径（即import语句的搜索路径）；
    默认的搜索路径：当前工作路径.和$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar
  • java：-classpath选项用于指定需要运行的 class 文件及其依赖包的路径；
    默认的搜索路径：当前工作路径.和$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar