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从0开始学Java——Java语言概述(1)

Eric
2022-01-23 / 0 评论 / 0 点赞 / 193 阅读 / 4,492 字 / 正在检测是否收录...
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Java基础是学习JavaEE、大数据、Android开发的基石!

1 软件开发介绍

1.1 软件开发

  • 软件,即一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。

  • 分类:

    • 系统软件。
    • 应用软件。

1.2 人机交互方式

  • 图形化界面(GUI,Graphical User Interface):这种方式简单直观,使用者易于接受,容易上手操作。

  • 命令行方式(CLI,Command Line Interface):需要有一个控制台,输入特定的指令,让计算机完成一些操作。较为麻烦,需要记住一些命令。

2 计算机语言介绍

2.1 什么是计算机语言?

  • 语言:是人和人之间用于沟通的一种方式。例如:中国人和中国人之间用普通话沟通,而中国人和外国人之间用英语沟通。

  • 计算机语言:人和计算机交流的方式。

  • 如果人要和计算机交流,那么就要学习计算机语言。

  • 计算机语言有很多种,如:C、C++、Java、Python等等。

2.2 计算机语言的分类

  • ①第一代语言:机器语言,指令以二进制代码形式存在。

  • ②第二代语言:汇编语言,借助助记符表示一条机器指令。

  • ③第三代语言:高级语言。

    • 面向过程的语言:
      • C、Pascal、Fortran、C++。
    • 面向对象的语言:
      • C++、Java、Python、Scala等。

3 Java语言

3.1 概述

  • Java语言是SUN(Stanford University Network,斯坦福大学网络公司)于1995年推出的一门高级编程语言。

  • Java语言是一种面向Internet的编程语言。Java一开始富有吸引力是因为Java程序可以在Web浏览器中运行。这些Java程序被称为Java小程序(applet)。applet使用现代的图形用户界面和web用户进行交互。applet内嵌在HTML代码中,目前applet已废弃。

  • 随着Java技术在web方面的不断成熟,已经成为web应用程序的首选开发语言。

3.2 Java简史

  • 1991年,Green项目,开发语言最初命名为Oak (橡树)。

  • 1994年,开发组意识到Oak非常适合于互联网。

  • 1996年,发布JDK 1.0,约8.3万个网页应用Java技术来制作。

  • 1997年,发布JDK1.1,JavaOne会议召开,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,Java分成J2SE、J2EE和J2ME,JSP/Servlet技术诞生。

  • 2004年,发布里程碑式版本:JDK1.5,为突出此版本的重要性,更名为JDK 5.0。

  • 2005年,J2SE-> JavaSE,J2EE-> JavaEE,J2ME-> JavaME。

  • 2009年,Oracle公司收购SUN,交易价格74亿美元。

  • 2011年,发布JDK 7.0。

  • 2014年,发布JDK8.0,是继JDK 5.0以来变化最大的版本。

  • 2017年,发布JDK9.0,最大限度实现模块化。

  • 2018年3月,发布JDK10.0,版本号也称为18.3。

  • 2018年9月,发布JDK 11.0,版本号也称为18.9。

  • ……

3.3 Java技术体系平台

  • Java SE(Java Standard Edition)标准版:支持面向桌面级应用(如windows下的应用程序)的Java平台,提供了完整的Java核心API。此版本以前称为J2SE。

  • Java EE(Java Enterprise Edition)企业版:是为开发企业环境下的应用程序提供一套解决方案。该技术体系中包含的技术如:Servlet、JSP等,主要针对于web应用程序的开发。此版本以前称为J2EE。

  • Java ME(Java Micro Edition)小型版:支持Java程序运行在移动终端(手机、PDA)上的平台,对Java API有所精简,并加入了针对移动终端的支持。此版本以前称为J2ME。目前,已经被Android和iOS取代。

3.4 Java在各领域的应用

  • 企业级应用:主要指复杂的大企业的软件系统、各种类型的网络。Java的安全机制以及它的跨平台的优势,使得它在分布式系统领域开发中有广泛的应用。应用领域包括:金融、电信、交通、电子商务等。

  • Android平台应用:Android应用程序使用Java语言编写。Android开发水平的高低很大程序上取决于Java语言核心能力是否扎实。

  • 大数据平台开发:各类框架有Hadoop、Spark、Storm、Flink等,就这类技术生态圈来讲,还有各种中间件如:Flume、Kafka、Sqoop等等,这些框架以及工具大多数是用Java编写而成的,但提供诸如Java、Scala、Python、R等各种语言API供编程。

  • 移动终端应用:主要表现在消费和嵌入式领域,是指在各种小型设备上的应用,包括手机、PDA、机顶盒、汽车通信设备等。

3.5 Java语言的诞生

  • Java之父James Gosling团队在开发”Green”项目时,发现C缺少垃圾回收系统,还有可移植的安全性、分布程序设计和多线程功能。最后,他们想要一种易于移植到各种设备上的平台。

  • Java确实是从C语言和C语言继承了许多成份,甚至可以将Java看成是类C语言发展和衍生的产物。比如Java语言的变量声明,操作符形式,参数传递,流程控制等方面和C语言、C语言完全相同。但同时,Java是一个纯粹的面向对象的程序设计语言,它继承了C++语言面向对象技术的核心。Java舍弃了C语言中容易引起错误的指针(以引用取代)、运算符重载(operator overloading)、多重继承(以接口取代)等特性,增加了垃圾回收器功能用于回收不再被引用的对象所占据的内存空间。JDK1.5又引入了泛型编程(GenericProgramming)、类型安全的枚举、不定长参数和自动装/拆箱。

3.6 Java语言的主要特性

  • Java语言是易学的。Java语言的语法与C语言和C++语言很接近,使得大多数程序员很容易学习和使用Java。

  • Java语言是强制面向对象的。Java语言提供类、接口和继承等原语,为了简单起见,只支持类之间的单继承,但支持接口之间的多继承,并支持类与接口之间的实现机制(关键字为implements)。

  • Java语言是分布式的。Java语言支持Internet应用的开发,在基本的Java应用编程接口中有一个网络应用编程接口(java net),它提供了用于网络应用编程的类库,包括URL、URLConnection、Socket、ServerSocket等。Java的RMI(远程方法激活)机制也是开发分布式应用的重要手段。

  • Java语言是健壮的。Java的强类型机制、异常处理、垃圾的自动收集等是Java程序健壮性的重要保证。对指针的丢弃是Java的明智选择。

  • Java语言是安全的。Java通常被用在网络环境中,为此,Java提供了一个安全机制以防恶意代码的攻击。如:安全防范机制(类ClassLoader),如分配不同的名字空间以防替代本地的同名类、字节代码检查。

  • Java语言是体系结构中立的。Java程序(后缀为java的文件)在Java平台上被编译为体系结构中立的字节码格式(后缀为class的文件),然后可以在实现这个Java平台的任何系统中运行。

  • Java语言是解释型的。Java程序在Java平台上被编译为字节码格式,然后可以在实现这个Java平台的任何系统的解释器中运行。

  • Java是性能略高的。与那些解释型的高级脚本语言相比,Java的性能还是较优的。

  • Java语言是原生支持多线程的。在Java语言中,线程是一种特殊的对象,它必须由Thread类或其子(孙)类来创建。

4 Java语言运行机制及运行过程

4.1 Java语言的特点

  • ①面向对象:

    • 两个基本概念:类、对象。
    • 三大特性:封装、继承、多态。
  • ②健壮性:

    • 吸收了C、C++语言的优点,去掉了其影响程序健壮性的部分(如指针、内存的申请和释放等),提供了一个相对安全的内存管理和访问机制。
  • ③跨平台性:

    • 跨平台性:通过Java原因编写的应用程序在不同的系统平台上都可以运行。
    • 原理:只要在需要运行Java应用程序的操作系统上,先安装一个Java虚拟机(JVM,Java Virtual Machine)即可,由JVM来负责Java程序在该系统中的运行。

4.2 跨平台性

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  • 因为有了JVM,同一个Java程序在三个不同的操作系统中都可以执行,这样就实现了Java程序的跨平台性。

4.3 Java的两种核心机制

4.3.1 Java虚拟机(Java Virtual Machine)

  • JVM是一个虚拟的计算机,具有指令集并使用不同的存储区域。负责执行指令,管理数据、内存、寄存器。

  • 对于不同的平台,有不同的虚拟机。

  • 只有某平台提供了对应的Java虚拟机,Java程序才可以在此平台上运行。

  • Java虚拟机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”。

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4.3.2 垃圾收集机制(Garbage Collection)

  • 不再使用的内存空间应回收---垃圾回收。

    • 在C、C++等语言中,由程序员负责回收无用内存。
    • Java语言消除了程序员回收无用内存空间的责任:它提供一种系统级线程,跟踪存储空间的分配情况,并在JVM空间的时候,检查并释放那些可被释放的存储空间。
  • 垃圾回收在Java程序运行过程中自动进行,程序员无法精确控制和干预。

Java程序还会出现内存泄露和内存溢出问题。

5 Java的环境搭建

5.1 什么是JDK、JRE?

  • JDK(Java Development Kit,Java开发工具包):

    • JDK是提供给Java开发人员使用的,其中包含了Java的开发工具,也包括了JRE。所以安装了JDK,就不用再单独安装JRE了。
    • 其中的开发工具:编译工具(javac.exe)和执行工具(java.exe)等。
  • JRE(Java Runtime Environment,Java运行环境):

    • 包括Java虚拟机(JVM)和Java程序所需要的核心类库等。
    • 如果想要运行一个开发好的Java程序,计算机中只需要安装JRE即可。
  • 简而言之,使用JDK的开发工具完成的Java程序,交给JRE去运行。

5.2 JDK、JRE和JVM的关系

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  • JDK = JRE + 开发工具集(如:javac编译工具等)。

  • JRE = JVM + Java SE标准类库。

5.3 下载并安装JDK

5.3.1 下载地址

5.3.2 安装JDK

  • 傻瓜式安装,下一步即可。

  • 建议:安装路径中不要有中文或者空格等特殊符号

  • 如果操作系统是64位的,软件尽量选择支持64位的(除非软件本身不区分),貌似现在很多操作系统都不提供32位的吧。

5.4 配置环境变量

  • 以win10系统下的Java环境变量配置为例进行说明。

  • 右键点击“此电脑”,选择“属性”项。

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  • 点击“高级系统设置”,在弹出的系统属性框中,选择“高级”选项卡(默认即显示该选项卡),点击“环境变量”。

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  • 在弹出的“环境变量”框,中选择下方的系统变量,点击新建。

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  • 在弹出的“新建系统变量”框中,输入变量名和变量值,点击确定。

  • 变量名为:JAVA_HOME

  • 变量值为JDK的安装路径,到bin目录的上一层即可。比如D:\develop\Java\jdk-11.0.6

注意:为防止路径输入错误,可以打开文件夹,拷贝路径。

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  • 点击确定后,系统变量中会出现一条新的记录。

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  • 然后选中“系统变量”中的“Path”变量,点击“编辑”按钮,将刚才创建的JAVA_HOME变量添加到“Path”变量中。

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  • 在弹出的“编辑系统变量”框中,点击“新建”,输入%JAVA_HOME%\bin

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  • 至此,Java环境变量配置完毕,打开命令行窗口,验证配置是否成功。

  • 如果之前已经打开命令行窗口,需要关闭重新启动才可。在非JDK安装的bin目录下,输入java或者javac命令,查看效果。

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6 入门程序HelloWorld

6.1 开发步骤

  • ①将Java代码编写到扩展名为.java的文件中。

  • ②通过javac命令对该Java文件进行编译

  • ③通过java命令对生成的class文件进行运行

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6.2 应用示例

  • 示例:
package day01;

/**
 * @author 许大仙
 * @version 1.0
 * @since 2021-05-07 19:31
 */
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

6.3 HelloWorld案例常见错误

  • 单词拼写错误

    • 正确:class,错误:Class。
    • 正确:String,错误:string。
    • 正确:System,错误:system。
    • 正确:main,错误:mian。
  • Java语言是一门严格区分大小写的语言。

  • 标点符号使用问题:

    • 不能使用中文符号,英文半角的标点符号(正确)。
    • 括号问题,成对出现。

6.4 Java程序的结构和格式

  • 结构:
类{
    方法{
        语句;
    }
}
  • 格式:

    • 每一级缩进一个tab键。
    • {}的左半部分在行尾,右半部分单独一行,和它成对的{的行首对齐。

6.5 Java程序的入口

  • Java程序的入口是main方法:
public static void main(String[] args){
    
}

6.6 编写Java程序时应该注意的问题

6.6.1 编码和解码

  • 编码过程:字符根据编码表转换为二进制的数值。

  • 解码过程:将二进制数值根据编码表转换为字符。

  • 乱码:编码和解码过程中使用的字符集不一致。

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6.6.2 大小写问题

名称含义作用类的数量
源文件xxx.java写代码的地方可以写多个类
字节码文件xxx.class在JVM上运行的只包含一个类
  • 源文件名:不区分大小写,但是建议区分。

  • 字节码文件名和类名:区分大小写。

  • 代码中:区分大小写。

6.6.3 源文件名和类名一致问题

  • ①源文件名是否必须和类名一致?public?

    • 如果这个类不是public的,那么源文件名可以和类名不一致。
    • 如果这个类是public的,那么源文件名必须和类名一致。
    • 建议:不管是否是public的,都要和源文件名保持一致,而且一个源文件尽量只写一个类,目的是为了好维护。
  • ②一个源文件中是否可以有多个类,public?

    • 一个源文件中可以有多个类,编译后会生成多个.class字节码文件。
    • 但是一个源文件中只能有一个public的类。
  • ③main必须在public的类中吗?

    • 不是。

6.7 程序总结

  • Java源文件以.java为扩展名。源文件的基本组成部分是类(class)。

  • Java应用程序的执行入口是main()方法,它有固定的书写格式:

public static void main(String[] args) {}
  • Java语言严格区分大小写。

  • Java方法由一条条语句构成,每个语句以;结束。

  • 大括号都是成对出现的,缺一不可。

  • 一个源文件中最多有一个public类,其它类的个数不限,如果源文件包含一个public类,则文件名必须按该类名命名。

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