001.Java 语言概述

Java 的应用领域 §

学 Java 干什么？

1. 后端开发
2. 大数据相关

企业级应用领域(JavaEE 后端) §

国内后端开发，Java 占碾压式优势

其他后端开发语言：Go、C/C++、Node.js、PHP、Python 等

大数据分析、人工智能领域 §

流行的大数据框架，如 Hadoop、Flink 都是用 Java 编写的。Spark 使用 Scala 编写，但可以用 Java 开发应用。

Eversoft 公司在提到 2022 年 Java 发展趋势时写道：

Java 是用于开发大数据项目的最主流的语言。我们可以轻松地预测它也将在之后继续主导大数据！

移动应用领域(Android) §

Java 在 Android 端是主要开发的语言，占有重要的地位

由于 Oracle 经常和 Google 就 Android 使用 Java 代码相关问题打官司，Android 开发已经从 Java 转向 Kotlin，Kotlin 成为 Android 开发第一语言，Java 逐渐被取代

游戏领域 、桌面应用、嵌入式领域 §

很多大型游戏的后台、桌面应用等也是 Java 开发的

软件开发及人机交互方式 §

计算机组成：硬件 + 软件

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。有系统软件和应用软件之分。

人机交互方式 §

• 图形化界面（Graphical User Interface，GUI），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（Command Line Interface，CLI），需要在控制台输入特定的指令，让计算机完成一些操作。需要记忆一些指令，较为麻烦。

计算机编程语言概述 §

• 第一代：机器语言（相当于人类的石器时代）
• 第二代：汇编语言（相当于人类的青铜&铁器时代）
• 第三代：高级语言（相当于人类的信息时代）

高级语言独立于机器，有一定的通用性；计算机不能直接识别和执行用高级语言编写的程序，需要使用编译器或者解释器，转换为机器语言才能被识别和执行。

此外，高级语言按照程序设计方法的不同，又分为：面向过程的语言、面向对象的语言。

• C、Pascal、Fortran 面向过程的语言
• C++ 面向过程/面向对象
• Java 跨平台的纯面向对象的语言
• C#、Python、JavaScript、Scala…

目前以及可预见的将来，计算机语言仍然处于“第三代高级语言”阶段。但是不管是什么语言，最后都要向机器语言靠近，因为 CPU 只认识 0 和 1。

计算机语言排行榜 §

TIOBE（https://www.tiobe.com/tiobe-index/）是一个流行编程语言排行，每月更新。排名权重基于世界范围内工程师数量，Google、Bing、Yahoo! 、Wikipedia、Amazon、Youtube 和百度这些主流的搜索引擎，也将作为排名权重的参考指标。

计算机语言走势：

编程语言，该学哪个？ §

• 程序设计语言有很多种，每种语言都是为了实现某个特定的目的而发明的。
• 没有“最好”的语言，只有在特定场景下相对来说，最适合的语言而已。
• 如果你掌握了一种编程语言，也会更容易上手其它的编程语言。关键是学习如何使用程序设计方法来解决问题。这也是本套课程的主旨。
• Talk is cheap，Show me the code。

Java 语言简史、平台体系 §

Java 概述 §

• 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。
• 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)，内嵌在 HTML 代码中。
• 伴随着互联网的迅猛发展，以及 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。

Java 语言简史 §

起步阶段 §

1991 年，Sun 公司的工程师小组想要设计一种语言，应用在电视机、电话、闹钟、烤面包机等家用电器的控制和通信。由于这些设备的处理能力和内存都很有限，并且不同的厂商会选择不同的中央处理器(CPU)，因此这种语言的关键是代码短小、紧凑且与平台无关（即不能与任何特定的体系结构捆绑在一起）。

Gosling 团队率先创造了这个语言，并命名为“Oak”（起名的原因是因为他非常喜欢自己办公室外的橡树)。后因智能化家电的市场需求没有预期的高，Sun 公司放弃了该项计划。

随着 20 世纪 90 年代互联网的发展，Sun 公司发现该语言在互联网上应用的前景，于是改造了 Oak，于 1995 年 5 月以 Java 的名称正式发布。（Java 是印度尼西亚爪哇岛的英文名称，因盛产咖啡而闻名。）

发展阶段 §

发行版本	发行时间	备注
Java 1.0	1996.01.23	Sun 公司发布了 Java 的第一个开发工具包具包
Java 1.1	1997.02.19	JavaOne 会议召开，创当时全球同类会议规模之最
Java 1.2	1998.12.08	Java 拆分成：J2SE（标准版）、J2EE（企业版）、J2ME（小型版）
Java 1.3	2000.05.08
Java1.4	2004.02.06
Java 5.0	2004.09.30	①版本号从 1.4 直接更新至 5.0；②平台更名为 JavaSE、JavaEE、JavaME
Java 6.0	2006.12.11	公司
	2009.04.20	Oracle 公司收购 SUN，交易价格 74 亿美元
Java 7.0	2011.07.02
Java 8.0	2014.03.18	此版本是继 Java 5.0 以来变化最大的版本。是长期支持版本（LTS）
Java 9.0	2017.09.22	①此版本开始，每半年更新一次；②Java 9.0 开始不再支持 windows 32 位系统统
Java 10.0	2018.03.21
Java 11.0	2018.09.25	JDK 安装包取消独立 JRE 安装包，是长期支持版本（LTS）
Java 12.0	2019.03.19
…	…
Java 17.0	2021.09	发布 Java 17.0，版本号也称为 21.9，是长期支持版本
…	…
Java 19.0	2022.09	发布 Java 19.0，版本号也称为 22.9

Java 之父 §

詹姆斯·高斯林(James Gosling)先生以“Java 技术之父”而闻名于世。他是 Java 技术的创始人，他亲手设计了 Java 语言，并开发了 Java 编译器和 Java 虚拟机，使 Java 成为了世界上最流行的开发语言。

James Gosling 于 1984 年加入 Sun 公司，并一直服务于 Sun 公司，直至 2010 年前后，Sun 被 Oracle 并购而加入 Oracle，担任客户端软件集团的首席技术官；2010 年 4 月从 Oracle 离职。

公司八卦 §

SUN 与 Oracle §

SUN 是一家极具创新能力的公司，2001 年“9.11”以前，SUN 公司市值超过 1000 亿美元。 但是没能利用 Java 构建一个强有力、可变现的生态系统，没打好 Java 这张牌。此后，互联网泡沫破裂，硬件需求大幅减少，它的市值在一个月之内跌幅超过 90%。SUN 公司的成长用了 20 年，而衰落只用了 1 年！

Oracle 与 Google §

Google 和 Oracle 的侵权事件：

2010 年 8 月，Oracle 起诉 Google 的 Android 系统侵权，要求赔偿 26 亿美元。

• Oracle 认为 Google 的代码中使用了 Java 的 37 个 API，并且认为 Google 是故意为之，因为这样做的好处是可以让更多的 Java 程序员更容易接受 Android 的代码。
• Oracle 认为 Android 中有 9 行代码直接抄袭了 Java 的实现。这 9 行牛气哄哄的代码都出自一人之手，他就是 Java 大牛——Joshua Bloch

2018 年 3 月，美国联邦巡回上诉法院裁决，谷歌侵犯了甲骨文的版权，支付高达 88 亿美元的赔偿金。

2021 年 4 月，美国最高法院给出了最终裁决：谷歌胜诉，其代码属于“合理使用”的范畴。为期十多年的软件行业“第一版权案”落幕。

// Code In OpenJDK / Android：
1. private static void rangeCheck(int arrayLen, int fromIndex, int toIndex) {
2.    if (fromIndex > toIndex)
3.        throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +
4.                   ") > toIndex(" + toIndex+")");
5.    if (fromIndex < 0)
6.        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(fromIndex);
7.    if (toIndex > arrayLen)
8.        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(toIndex);
9. }

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，即定位个人计算机的应用开发。
  • 包括用户界面接口 AWT 及 Swing，网络功能与国际化、图像处理能力以及输入输出支持等。
  • 此版本以前称为 J2SE
• Java EE(Java Enterprise Edition)企业版
  • 为开发企业环境下的应用程序提供的一套解决方案，即定位在服务器端的 Web 应用开发。
  • JavaEE 是 JavaSE 的扩展，增加了用于服务器开发的类库。如：Servlet 能够延伸服务器的功能，通过请求-响应的模式来处理客户端的请求；JSP 是一种可以将 Java 程序代码内嵌在网页内的技术。
  • 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、机顶盒）上的平台，即定位在消费性电子产品的应用开发
  • JavaME 是 JavaSE 的内伸，精简了 JavaSE 的核心类库，同时也提供自己的扩展类。增加了适合微小装置的类库：javax.microedition.io.* 等。
  • 此版本以前称为 J2ME

注意：Android 开发不是 Java ME 的开发

Java 开发环境搭建 §

什么是 JDK、JRE §

• JDK (Java Development Kit)：是 Java 程序开发工具包，包含 JRE 和开发人员使用的工具。
• JRE (Java Runtime Environment)：是 Java 程序的运行时环境，包含 JVM 和运行时所需要的核心类库。

如下是 Java 8.0 Platform：

小结：

• JDK = JRE + 开发工具集（例如 javac 编译工具等）
• JRE = JVM + Java SE 标准类库

JDK 版本选择 §

• 自 Java 8 版本发布以来，其后的每次更新，都会有小伙伴高呼：Java8 YYDS！
• 论坛的声音：“你发任你发，我用 Java 8！”

数据说话 1：

JRebel 于 2022 年 4 月前后发布了《2022 年 Java 生态系统状况报告》，报告中提到使用 Java11 的占比最多，Java 8 紧随其后，如下图。而此前 2020 年的报告显示，Java8 占比达到了 84.48%。

宋红康老师：G1 是最受欢迎的 GC 算法。Java 11 及更高版本 G1 收集器是默认的 GC，而 Java 8 中并不是。出于对 G1 的喜爱，很多开发者才会选择抛弃 Java 8。

数据说话 2：

此外，某美国软件开发商在对近千名专业的 Java 开发者调研后，发布的《2022 年 Java 开发者生产力报告》称：八年前发布的 Java 8 依然是 Java 中应用最广泛的版本，占比 37%，其次是 Java 11，占比 29%

高斯林说话：

Spring 框架说话：

在 Java 17 正式发布之前，Java 开发框架 Spring 率先在官博宣布，Spring Framework 6 和 Spring Boot 3 计划在 2022 年第四季度实现总体可用性的高端基线：

• Java 17+(来自 Spring Framework 5.3.x 线中的 Java 8-17)
• Jakarta EE 9+（来自 Spring 框架 5.3.x 线中的 Java EE 7-8）

Spring 官方说明：https://spring.io/blog/2022/01/20/spring-boot-3-0-0-m1-is-now-available

意味着：spring boot 3.0 是需要用 java17 和 spring 6.0 为基础建设。如果从企业选型最新 spring boot 3.0 作为架构来说，它搭配 jdk17 肯定是标配了。

JDK 的下载、安装 §

下载网址（Oracle 公司官网）：www.oracle.com

安装说明：

• 傻瓜式安装，下一步即可。
• 建议：安装路径不要有中文或者空格等特殊符号。
• 本套课程会同时安装 JDK8 和 JDK17，并以 JDK17 为默认版本进行讲解。

配置环境变量 §

理解 path 环境变量 §

问：什么是 path 环境变量？

答：window 操作系统执行命令时，所要搜寻的路径。

问：为什么配置 path？

答：希望在命令行使用 javac.exe 等工具时，任意目录下都可以找到这个工具所在的目录。

我们不可能每次使用 java.exe、javac.exe 等工具的时候都进入到 JDK 的安装目录下，太麻烦了。这时就需要配置 path 环境变量。

配置 JAVA_HOME 和 path 环境变量 §

• JAVA_HOME：JDK 安装目录，如：D:\develop_tools\jdk\jdk1.8.0_271
• Path：添加 %JAVA_HOME%\bin

环境变量配置完成，重启 DOS 命令行，在任意目录下输入 javac 或 java 或 java -version，运行成功

宋红康老师：有的书籍、论坛、视频上还提到配置 classpath，用于指名 class 文件识别的路径。其实是没必要的，反而建议大家如果配置了 classpath 环境变量，要删除。对于初学者，反而不友好。

小结：

JDK17 自动配置 §

JDK17 在安装之后，自动进行了环境变量的配置。如下：

这里建议，将 JDK17 安装的路径，设置为 JAVA_HOME，并将 %JAVA_HOME%\bin 上移到首位。

思考：如果你仍然希望在 JDK8 下开发 Java 程序？如何做呢？

Hello World §

JDK 安装完毕，我们就可以开发第一个 Java 程序了，习惯性的称为：HelloWorld。

开发步骤 §

Java 程序开发三步骤：编写、编译、运行。

• 将 Java 代码编写到扩展名为 .java 的源文件中
• 通过 javac.exe 命令对该 java 文件进行编译，生成一个或多个字节码文件
• 通过 java.exe 命令对生成的 class 文件进行运行

编写 §

1. 在 D:\JavaSE\chapter01 目录下新建文本文件，完整的文件名修改为 HelloWorld.java，其中文件名为 HelloWorld，后缀名必须为 .java。
2. 用记事本或 editplus 等文本编辑器打开（虽然记事本也可以，但是没有关键字颜色标识，不利于初学者学习）
3. 在文件中输入如下代码，并且保存：

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

• 友情提示 1：每个字母和符号必须与示例代码一模一样，包括大小写在内。
• 友情提示 2：注意“隐藏文件后缀名”

第一个 HelloWord 源程序就编写完成了，但是这个文件是程序员编写的，JVM 是看不懂的，也就不能运行，因此我们必须将编写好的 Java 源文件编译成 JVM 可以看懂的字节码文件，也就是 .class 文件。

编译 §

在 DOS 命令行中，进入 D:\JavaSE\chapter01 目录，使用 javac 命令进行编译。

使用文件资源管理器打开 D:\JavaSE\chapter01 目录，然后在地址栏输入 cmd：

命令：javac Java源文件名.后缀名java，这里是 javac HelloWorld.java

编译成功后，命令行没有任何提示。打开 D:\JavaSE\chapter01 目录，发现产生了一个新的文件 HelloChina.class，该文件就是编译后的文件，是 Java 的可运行文件，称为字节码文件，有了字节码文件，就可以运行程序了。

运行 §

在 DOS 命令行中，在字节码文件目录下，使用 java 命令进行运行。

命令：java主类名字，这里是 java HelloChina，错误：java HelloChina.class

主类是指包含 main 方法的类，main 方法是 Java 程序的入口：

public static void main(String[] args) {
 
}

Java 开发工具 §

级别一：文本开发工具 §

级别二：集成开发环境 §

集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）

如何选择 §

• 前期我们先使用文本开发工具，培养代码感，利于公司笔、面试。
• 后期我们使用 IDE，提供更强大的功能支持。

HelloWorld 案例常见错误 §

拼写问题 §

• 单词拼写问题
  • 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
  • 不能用中文符号，要使用英文半角的标点符号
  • 括号问题，成对出现

编译、运行路径问题 §

举例 1：

• 源文件名不存在或者写错
• 当前路径错误
• 后缀名隐藏问题

举例 2：

• 类文件名写错，尤其文件名与类名不一致时，要小心
• 类文件不在当前路径下，或者不在 classpath 指定路径下

语法问题 §

举例 1：声明为 public 的类应与文件名一致，否则编译失败。

举例 2：编译失败，注意错误出现的行数，再到源代码中指定位置改错

字符编码问题 §

当 cmd 命令行窗口的字符编码与 .java 源文件的字符编码不一致，如何解决？

• 解决方案一：修改源代码编码
• 解决方案二：在使用 javac 命令时，可以指定源文件的字符编码：javac -encoding utf-8 Review01.java

建议 §

• 注意缩进!
  • 一定要有缩进。缩进就像人得体的衣着一样！
  • 只要遇到 {} 就缩进，缩进的快捷键 tab 键。
• 必要的空格
  • 变量类型、变量、赋值符号、变量值之间填充相应空格，更美观。比如：int num = 10;

HelloWorld 小结 §

Java 程序的结构与格式 §

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，与和它成对的”{“的行首对齐

Java 程序的入口 §

Java 程序的入口是 main 方法

public static void main(String[] args) {
 
}

两种常见的输出语句 §

• 换行输出语句：输出内容，完毕后进行换行，格式如下：System.out.println(输出内容);
• 直接输出语句：输出内容，完毕后不做任何处理，格式如下：System.out.print(输出内容);

注意事项：

• 换行输出语句，括号内可以什么都不写，只做换行处理
• 直接输出语句，括号内什么都不写的话，编译报错

源文件名与类名 §

问：源文件名是否必须与类名一致？public 呢？

答：

如果这个类不是 public，那么源文件名可以和类名不一致。但是不便于代码维护。

如果这个类是 public，那么要求源文件名必须与类名一致。否则编译报错。

我们建议大家，不管是否是 public，都与源文件名保持一致，而且一个源文件尽量只写一个类，目的是为了好维护。

问：一个源文件中是否可以有多个类？public 呢？

答：

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。

但是一个源文件只能有一个 public 的类。

Java 中的注释与 API 文档 §

注释(comment) §

什么是注释 §

源文件中用于解释、说明程序的文字就是注释。

注释是一个程序员必须要具有的良好编程习惯。实际开发中，程序员可以先将自己的思想通过注释整理出来，再用代码去体现。

程序员最讨厌两件事：

• 一件是自己写代码被要求加注释
• 另一件是接手别人代码，发现没有注释

注释的作用：

• 它提升了程序的可阅读性
• 调试程序的重要方法。

Java 中的注释类型 §

单行注释：

// 注释文字

多行注释：

/* 
	注释文字1 
	注释文字2
	注释文字3
*/

文档注释（Java 特有）：

/**
  @author  指定 java 程序的作者
  @version  指定源文件的版本
*/ 

• 对于单行和多行注释，被注释的文字，不会不会出现在字节码文件中，进而不会被 JVM（Java 虚拟机）解释执行。
• 多行注释里面不允许有多行注释嵌套。
• 文档注释内容可以被 JDK 提供的工具 javadoc 所解析，生成一套以网页文件形式体现的该程序的说明文档。

操作方式，比如：javadoc -d mydoc -author -version HelloWorld.java

Java API 文档 §

• API(Application Programming Interface，应用程序编程接口) 是 Java 提供的基本编程接口。
• Java 语言提供了大量的基础类，因此 Oracle 也为这些基础类提供了相应的说明文档，用于告诉开发者如何使用这些类，以及这些类里包含的方法。大多数 Java 书籍中的类的介绍都要参照它来完成，它是编程者经常查阅的资料。
• Java API 文档，即为 JDK 使用说明书、帮助文档。类似于新华字典。

下载 API 文档：

• 在线看：https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/index.html
• 离线下载：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jdk17-doc-downloads.html

Java 核心机制：JVM §

Java 语言的优缺点 §

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。“青出于蓝，而胜于蓝”。

优点 §

• 跨平台性：这是 Java 的核心优势。Java 在最初设计时就很注重移植和跨平台性。比如：Java 的 int 永远都是 32 位。不像 C++ 可能是 16、32，可能是根据编译器厂商规定的变化。
  • 通过 Java 语言编写的应用程序在不同的系统平台上都可以运行。“Write once , Run Anywhere”。
  • 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。
• 面向对象性：面向对象是一种程序设计技术，非常适合大型软件的设计和开发。面向对象编程支持封装、继承、多态等特性，让程序更好达到高内聚、低耦合的标准。
• 健壮性：吸收了 C/C++ 语言的优点，但去掉了其影响程序健壮性的部分（如指针、内存的申请与释放等），提供了一个相对安全的内存管理和访问机制。
• 安全性高：Java 适合于网络/分布式环境，需要提供一个安全机制以防恶意代码的攻击。如：安全防范机制（ClassLoader 类加载器），可以分配不同的命名空间以防替代本地的同名类、字节代码检查。
• 简单性：Java 就是 C++ 语法的简化版，我们也可以将 Java 称之为“C++—”。比如：头文件，指针运算，结构，联合，操作符重载，虚基类等。
• 高性能：
  • Java 最初发展阶段，总是被人诟病“性能低”；客观上，高级语言运行效率总是低于低级语言的，这个无法避免。Java 语言本身发展中通过虚拟机的优化提升了几十倍运行效率。比如，通过 JIT(JUST IN TIME)即时编译技术提高运行效率。
  • Java 低性能的短腿，已经被完全解决了。业界发展上，我们也看到很多 C++ 应用转到 Java 开发，很多 C++ 程序员转型为 Java 程序员。

缺点 §

• 语法过于复杂、严谨，对程序员的约束比较多，与 Python、PHP 等相比入门较难。
• 一般适用于大型网站开发，整个架构会比较重，对于初创公司开发和维护人员的成本比较高（即薪资高），选择用 Java 语言开发网站或应用系统的需要一定的经济实力。
• 并非适用于所有领域。比如，Objective C、Swift 在 iOS 设备上就有着无可取代的地位。浏览器中的处理几乎完全由 JavaScript 掌控。Windows 程序通常都用 C++或 C# 编写 。Java 在服务器端编程和跨平台客户端应用领域则很有优势。

JVM 功能说明 §

JVM（Java Virtual Machine，Java 虚拟机）：是一个虚拟的计算机，是 Java 程序的运行环境。JVM 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。

功能 1：实现 Java 程序的跨平台性 §

我们编写的 Java 代码，都运行在 JVM 之上。正是因为有了 JVM，才使得 Java 程序具备了跨平台性。

使用 JVM 前后对比：

功能 2：自动内存管理（内存分配、内存回收） §

• Java 程序在运行过程中，涉及到运算的数据的分配、存储等都由 JVM 来完成
• Java 消除了程序员回收无用内存空间的职责。提供了一种系统级线程跟踪存储空间的分配情况，在内存空间达到相应阈值时，检查并释放可被释放的存储器空间。
• GC 的自动回收，提高了内存空间的利用效率，也提高了编程人员的效率，很大程度上减少了因为没有释放空间而导致的内存泄漏。

面试题：

Java 程序还会出现内存溢出和内存泄漏问题吗？ Yes!