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简介
为什么Java应用最广泛?
从互联网到企业平台,Java是应用最广泛的编程语言,原因在于:
- Java是基于JVM虚拟机的跨平台语言,一次编写,到处运行;
- Java程序易于编写,而且有内置垃圾收集,不必考虑内存管理;
- Java虚拟机拥有工业级的稳定性和高度优化的性能,且经过了长时期的考验;
- Java拥有最广泛的开源社区支持,各种高质量组件随时可用。
Java语言常年霸占着三大市场:
- 互联网和企业应用,这是Java EE的长期优势和市场地位;
- 大数据平台,主要有Hadoop、Spark、Flink等,他们都是Java或Scala(种运行于JVM的编程语言)开发的;
- Android移动平台。
这意味着Java拥有最广泛的就业市场。
Java历史
Java最早是由SUN公司(已被Oracle收购)的詹姆斯·高斯林(高司令,人称Java之父)在上个世纪90年代初开发的一种编程语言,最初被命名为Oak,目标是针对小型家电设备的嵌入式应用,结果市场没啥反响。谁料到互联网的崛起,让Oak重新焕发了生机,于是SUN公司改造了Oak,在1995年以Java的名称正式发布,原因是Oak已经被人注册了,因此SUN注册了Java这个商标。随着互联网的高速发展,Java逐渐成为最重要的网络编程语言。
Java介于编译型语言和解释型语言之间。编译型语言如C、C++,代码是直接编译成机器码执行,但是不同的平台(x86、ARM等)CPU的指令集不同,因此,需要编译出每一种平台的对应机器码。解释型语言如Python、Ruby没有这个问题,可以由解释器直接加载源码然后运行,代价是运行效率太低。而Java是将代码编译成一种“字节码”,它类似于抽象的CPU指令,然后,针对不同平台编写虚拟机,不同平台的虚拟机负责加载字节码并执行,这样就实现了“一次编写,到处运行”的效果。当然,这是针对Java开发者而言。对于虚拟机,需要为每个平台分别开发。为了保证不同平台、不同公司开发的虚拟机都能正确执行Java字节码,SUN公司制定了一系列的Java虚拟机规范。从实践的角度看,JVM的兼容性做得非常好,低版本的Java字节码完全可以正常运行在高版本的JVM上。
随着Java的发展,SUN给Java又分出了三个不同版本:
- Java SE:Standard Edition
- Java EE:Enterprise Edition
- Java ME:Micro Edition
这三者之间有啥关系呢?
┌───────────────────────────┐
│Java EE │
│ ┌────────────────────┐ │
│ │Java SE │ │
│ │ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ Java ME │ │ │
│ │ └─────────────┘ │ │
│ └────────────────────┘ │
└───────────────────────────┘
简单来说,Java SE就是标准版,包含标准的JVM和标准库,而Java EE是企业版,它只是在Java SE的基础上加上了大量的API和库,以便方便开发Web应用、数据库、消息服务等,Java EE的应用使用的虚拟机和Java SE完全相同。
Java ME就和Java SE不同,它是一个针对嵌入式设备的“瘦身版”,Java SE的标准库无法在Java ME上使用,Java ME的虚拟机也是“瘦身版”。
毫无疑问,Java SE是整个Java平台的核心,而Java EE是进一步学习Web应用所必须的。我们熟悉的Spring等框架都是Java EE开源生态系统的一部分。不幸的是,Java ME从来没有真正流行起来,反而是Android开发成为了移动平台的标准之一,因此,没有特殊需求,不建议学习Java ME。
因此我们推荐的Java学习路线图如下:
- 首先要学习Java SE,掌握Java语言本身、Java核心开发技术以及Java标准库的使用;
- 如果继续学习Java EE,那么Spring框架、数据库开发、分布式架构就是需要学习的;
- 如果要学习大数据开发,那么Hadoop、Spark、Flink这些大数据平台就是需要学习的,他们都基于Java或Scala开发;
- 如果想要学习移动开发,那么就深入Android平台,掌握Android App开发。
无论怎么选择,Java SE的核心技术是基础,这个教程的目的就是让你完全精通Java SE并掌握Java EE!
Java版本
从1996年发布1.0版本开始,到目前为止,最新的Java版本是Java 21:
时间 | 版本 |
---|---|
1996 | 1.0 |
1997 | 1.1 |
1998 | 1.2 |
2000 | 1.3 |
2002 | 1.4 |
2004 | 1.5 / 5.0 |
2005 | 1.6 / 6.0 |
2011 | 1.7 / 7.0 |
2014 | 1.8 / 8.0 |
2017/9 | 1.9 / 9.0 |
2018/3 | 10 |
2018/9 | 11 |
2019/3 | 12 |
2019/9 | 13 |
2020/3 | 14 |
2020/9 | 15 |
2021/3 | 16 |
2021/9 | 17 |
2022/3 | 18 |
2022/9 | 19 |
2023/3 | 20 |
2023/9 | 21 |
2024/3 | 22 |
2024/9 | 23 |
名词解释
初学者学Java,经常听到JDK、JRE这些名词,它们到底是啥?
- JDK:Java Development Kit
- JRE:Java Runtime Environment
简单地说,JRE就是运行Java字节码的虚拟机。但是,如果只有Java源码,要编译成Java字节码,就需要JDK,因为JDK除了包含JRE,还提供了编译器、调试器等开发工具。
二者关系如下:
┌─ ┌──────────────────────────────────┐
│ │ Compiler, debugger, etc. │
│ └──────────────────────────────────┘
JDK ┌─ ┌──────────────────────────────────┐
│ │ │ │
│ JRE │ JVM + Runtime Library │
│ │ │ │
└─ └─ └──────────────────────────────────┘
┌───────┐┌───────┐┌───────┐┌───────┐
│Windows││ Linux ││ macOS ││others │
└───────┘└───────┘└───────┘└───────┘
要学习Java开发,当然需要安装JDK了。
JSR、JCP
- JSR规范:Java Specification Request
- JCP组织:Java Community Process
为了保证Java语言的规范性,SUN公司搞了一个JSR规范,凡是想给Java平台加一个功能,比如说访问数据库的功能,大家要先创建一个JSR规范,定义好接口,这样,各个数据库厂商都按照规范写出Java驱动程序,开发者就不用担心自己写的数据库代码在MySQL上能跑,却不能跑在PostgreSQL上。
所以JSR是一系列的规范,从JVM的内存模型到Web程序接口,全部都标准化了。而负责审核JSR的组织就是JCP。
一个JSR规范发布时,为了让大家有个参考,还要同时发布一个“参考实现”,以及一个“兼容性测试套件”:
- RI:Reference Implementation
- TCK:Technology Compatibility Kit
比如有人提议要搞一个基于Java开发的消息服务器,这个提议很好啊,但是光有提议还不行,得贴出真正能跑的代码,这就是RI。如果有其他人也想开发这样一个消息服务器,如何保证这些消息服务器对开发者来说接口、功能都是相同的?所以还得提供TCK。
通常来说,RI只是一个“能跑”的正确的代码,它不追求速度,所以,如果真正要选择一个Java的消息服务器,一般是没人用RI的,大家都会选择一个有竞争力的商用或开源产品。
安装JDK
因为Java程序必须运行在JVM之上,所以,我们第一件事情就是安装JDK。
搜索JDK 23,确保从Oracle的官网下载最新的稳定版JDK:
Java SE Development Kit 23 downloads
Linux macOS Windows
-------
x64 Compressed Archive Download
x64 Installer Download
x64 MSI Installer Download
选择合适的操作系统与安装包,找到Java SE 23的下载链接Download
,下载安装即可。Windows优先选x64 MSI Installer
,Linux和macOS要根据自己电脑的CPU是ARM还是x86来选择合适的安装包。
设置环境变量
安装完JDK后,需要设置一个JAVA_HOME
的环境变量,它指向JDK的安装目录。在Windows下,它是安装目录,类似:
plain
C:\Program Files\Java\jdk-23
在Mac下,它在~/.bash_profile
或~/.zprofile
里,它是:
plain
export JAVA_HOME=`/usr/libexec/java_home -v 23`
然后,把JAVA_HOME
的bin
目录附加到系统环境变量PATH
上。在Windows下,它长这样:
plain
Path=%JAVA_HOME%\bin;<现有的其他路径>
在Mac下,它在~/.bash_profile
或~/.zprofile
里,长这样:
plain
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
把JAVA_HOME
的bin
目录添加到PATH
中是为了在任意文件夹下都可以运行java
。打开命令提示符窗口,输入命令java -version
,如果一切正常,你会看到如下输出:
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> java -version │
│java version "23" ... │
│Java(TM) SE Runtime Environment │
│Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM │
│ │
│C:\> │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
如果你看到的版本号不是23
,而是15
、1.8
之类,说明系统存在多个JDK,且默认JDK不是JDK 23,需要把JDK 23提到PATH
前面。
如果你得到一个错误输出:
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> java -version │
│'java' is not recognized as an internal or external comm│
│and, operable program or batch file. │
│ │
│C:\> │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
这是因为系统无法找到Java虚拟机的程序java.exe
,需要检查JAVA_HOME
和PATH
的配置。
可以参考如何设置或更改PATH系统变量。
JDK
细心的童鞋还可以在JAVA_HOME
的bin
目录下找到很多可执行文件:
- java:这个可执行程序其实就是JVM,运行Java程序,就是启动JVM,然后让JVM执行指定的编译后的代码;
- javac:这是Java的编译器,它用于把Java源码文件(以
.java
后缀结尾)编译为Java字节码文件(以.class
后缀结尾); - jar:用于把一组
.class
文件打包成一个.jar
文件,便于发布; - javadoc:用于从Java源码中自动提取注释并生成文档;
- jdb:Java调试器,用于开发阶段的运行调试。
第一个Java程序
我们来编写第一个Java程序。打开文本编辑器,输入以下代码:
java
public class Hello {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, world!");
}
}
在一个Java程序中,你总能找到一个类似:
java
public class Hello {
...
}
的定义,这个定义被称为class(类),这里的类名是Hello
,大小写敏感,class
用来定义一个类,public
表示这个类是公开的,public
、class
都是Java的关键字,必须小写,Hello
是类的名字,按照习惯,首字母H
要大写。而花括号{}
中间则是类的定义。
注意到类的定义中,我们定义了一个名为main
的方法:
java
public static void main(String[] args) {
...
}
方法是可执行的代码块,一个方法除了方法名main
,还有用()
括起来的方法参数,这里的main
方法有一个参数,参数类型是String[]
,参数名是args
,public
、static
用来修饰方法,这里表示它是一个公开的静态方法,void
是方法的返回类型,而花括号{}
中间的就是方法的代码。
方法的代码每一行用;
结束,这里只有一行代码,就是:
java
System.out.println("Hello, world!");
它用来打印一个字符串到屏幕上。
Java规定,某个类定义的public static void main(String[] args)
是Java程序的固定入口方法,因此,Java程序总是从main
方法开始执行。
注意到Java源码的缩进不是必须的,但是用缩进后,格式好看,很容易看出代码块的开始和结束,缩进一般是4个空格或者一个tab。
最后,当我们把代码保存为文件时,文件名必须是Hello.java
,而且文件名也要注意大小写,因为要和我们定义的类名Hello
完全保持一致。
如何运行Java程序
Java源码本质上是一个文本文件,我们需要先用javac
把Hello.java
编译成字节码文件Hello.class
,然后,用java
命令执行这个字节码文件:
┌──────────────────┐
│ Hello.java │◀── source code
└──────────────────┘
│ compile
▼
┌──────────────────┐
│ Hello.class │◀── byte code
└──────────────────┘
│ execute
▼
┌──────────────────┐
│ Run on JVM │
└──────────────────┘
因此,可执行文件javac
是编译器,而可执行文件java
就是虚拟机。
第一步,在保存Hello.java
的目录下执行命令javac Hello.java
:
plain
$ javac Hello.java
如果源代码无误,上述命令不会有任何输出,而当前目录下会产生一个Hello.class
文件:
plain
$ ls
Hello.class Hello.java
第二步,执行Hello.class
,使用命令java Hello
(注意不是java Hello.class
):
plain
$ java Hello
Hello, world!
注意:给虚拟机传递的参数Hello
是我们定义的类名,虚拟机自动查找对应的class文件并执行。
如果执行java Hello
报错:
plain
$ java Hello
Error: Could not find or load main class Hello
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: Hello
出现ClassNotFoundException
信息,说明在当前目录下并没有Hello.class
这个文件,请切换到Hello.class
的目录,然后执行java Hello
。
有一些童鞋可能知道,直接运行java Hello.java
也是可以的:
plain
$ java Hello.java
Hello, world!
这是Java 11新增的一个功能,它可以直接运行一个单文件源码!
需要注意的是,在实际项目中,单个不依赖第三方库的Java源码是非常罕见的,所以,绝大多数情况下,我们无法直接运行一个Java源码文件,原因是它需要依赖其他的库。
小结
一个Java源码只能定义一个public
类型的class,并且class名称和文件名要完全一致;
使用javac
可以将.java
源码编译成.class
字节码;
使用java
可以运行一个已编译的Java程序,参数是类名。
使用IDE
IDE是集成开发环境:Integrated Development Environment的缩写。
使用IDE的好处在于,可以把编写代码、组织项目、编译、运行、调试等放到一个环境中运行,能极大地提高开发效率。
IDE提升开发效率主要靠以下几点:
- 编辑器的自动提示,可以大大提高敲代码的速度;
- 代码修改后可以自动重新编译,并直接运行;
- 可以方便地进行断点调试。
目前,流行的用于Java开发的IDE有:
Eclipse
Eclipse是由IBM开发并捐赠给开源社区的一个IDE,也是目前应用最广泛的IDE。Eclipse的特点是它本身是Java开发的,并且基于插件结构,即使是对Java开发的支持也是通过插件JDT实现的。
除了用于Java开发,Eclipse配合插件也可以作为C/C++开发环境、PHP开发环境、Rust开发环境等。
IntelliJ Idea
IntelliJ Idea是由JetBrains公司开发的一个功能强大的IDE,分为免费版和商用付费版。JetBrains公司的IDE平台也是基于IDE平台+语言插件的模式,支持Python开发环境、Ruby开发环境、PHP开发环境等,这些开发环境也分为免费版和付费版。
NetBeans
NetBeans是最早由SUN开发的开源IDE,由于使用人数较少,目前已不再流行。
使用Eclipse
你可以使用任何IDE进行Java学习和开发。我们不讨论任何关于IDE的优劣,本教程使用Eclipse作为开发演示环境,原因在于:
- 完全免费使用;
- 所有功能完全满足Java开发需求。
安装Eclipse
Eclipse的发行版提供了预打包的开发环境,包括Java、JavaEE、C++、PHP、Rust等。从这里下载:
我们需要下载的版本是Eclipse IDE for Java Developers。
根据操作系统是Windows、Mac还是Linux,从右边选择对应的下载链接。
设置Eclipse
下载并安装完成后,我们启动Eclipse,对IDE环境做一个基本设置:
选择菜单“Eclipse/Window”-“Preferences”,打开配置对话框:
我们需要调整以下设置项:
General > Editors > Text Editors
钩上“Show line numbers”,这样编辑器会显示行号;
General > Workspace
钩上“Refresh using native hooks or polling”,这样Eclipse会自动刷新文件夹的改动;
对于“Text file encoding”,如果Default不是UTF-8
,一定要改为“Other:UTF-8”,所有文本文件均使用UTF-8
编码;
对于“New text file line delimiter”,建议使用Unix,即换行符使用\n
而不是Windows的\r\n
。
Java > Compiler
将“Compiler compliance level”设置为20
,本教程的所有代码均使用Java 20的语法,并且编译到Java 20的版本。
去掉“Use default compliance settings”并钩上“Enable preview features for Java 20”,这样我们就可以使用Java 20的预览功能。
注意:如果Compiler compliance level没有22这个选项,请更新到最新版Eclipse。如果更新后还是没有22,打开Help - Eclipse Marketplace,搜索Java 22 Support安装后重启即可。
Java > Installed JREs
在Installed JREs中应该看到Java SE 20,如果还有其他的JRE,可以删除,以确保Java SE 20是默认的JRE。
Eclipse IDE结构
打开Eclipse后,整个IDE由若干个区域组成:
- 中间可编辑的文本区(见1)是编辑器,用于编辑源码;
- 分布在左右和下方的是视图:
- Package Exploroer(见2)是Java项目的视图
- Console(见3)是命令行输出视图
- Outline(见4)是当前正在编辑的Java源码的结构视图
- 视图可以任意组合,然后把一组视图定义成一个Perspective(见5),Eclipse预定义了Java、Debug等几个Perspective,用于快速切换。
新建Java项目
在Eclipse菜单选择“File”-“New”-“Java Project”,填入HelloWorld
,JRE选择Java SE 22
。
暂时不要勾选“Create module-info.java file”,因为模块化机制我们后面才会讲到。
点击“Finish”就成功创建了一个名为HelloWorld
的Java工程。
新建Java文件并运行
展开HelloWorld
工程,选中源码目录src
,点击右键,在弹出菜单中选择“New”-“Class”。
在弹出的对话框中,Name
一栏填入Hello
。
点击”Finish“,就自动在src
目录下创建了一个名为Hello.java
的源文件。我们双击打开这个源文件,填上代码。
保存,然后选中文件Hello.java
,点击右键,在弹出的菜单中选中“Run As...”-“Java Application”。
在Console
窗口中就可以看到运行结果。
如果没有在主界面中看到Console
窗口,请选中菜单“Window”-“Show View”-“Console”,即可显示。