Java 经典光速入门（一）

一、什么是 Java 技术？为何需要 Java？

　　Java 是由 Sun Microsystems 在 1995 年首先发布的编程语言和计算平台。有许多应用程序和 Web 站点只有在安装 Java 后才能正常工作，而且这样的应用程序和 Web 站点日益增多。Java 快速、安全、可靠。从笔记本电脑到数据中心，从游戏控制台到科学超级计算机，从手机到互联网，Java 无处不在！

　　Java是一种计算机编程语言，拥有跨平台、面向对象、泛型编程的特性，广泛应用于企业级Web应用开发和移动应用开发。

　　任职于太阳微系统的詹姆斯·高斯林等人于1990年代初开发Java语言的雏形，最初被命名为Oak，目标设置在家用电器等小型系统的程序语言，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1990年代互联网的发展，Sun公司看见Oak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伴随着互联网的迅猛发展而发展，逐渐成为重要的网络编程语言。

　　Java编程语言的风格十分接近C++语言。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，改以引用替换，同时移除原C++与原来运算符重载，也移除多重继承特性，改用接口替换，增加垃圾回收器功能。在Java SE 1.5版本中引入了泛型编程、类型安全的枚举、不定长参数和自动装/拆箱特性。太阳微系统对Java语言的解释是：“Java编程语言是个简单、面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和动态的语言”

　　Java不同于一般的编译语言或直译语言。它首先将源代码编译成字节码，然后依赖各种不同平台上的虚拟机来解释执行字节码，从而实现了“一次编写，到处运行”的跨平台特性。在早期JVM中，这在一定程度上降低了Java程序的运行效率。但在J2SE1.4.2发布后，Java的运行速度有了大幅提升。

二、语言特性

Java之所以被开发，是要达到以下五个目的：

• 应当使用面向对象程序设计方法学
• 应当允许同一程序在不同的计算机平台执行
• 应当包括内建的对计算机网络的支持
• 应当被设计成安全地执行远端代码
• 应当易于使用，并借鉴以前那些面向对象语言（如C++）的长处。

Java技术主要分成几个部分：Java语言、Java运行环境、类库。一般情况下说Java时并不区分指的是哪个部分。

Java在1.5版本时，做了重大改变，太阳公司并1.5版本重命名为Java 5.0。

面向对象

　　Java的特点之一就是面向对象，是程序设计方法的一种。“面向对象程序设计语言”的核心之一就是开发者在设计软件的时候可以使用自定义的类型和关联操作。代码和数据的实际集合体叫做“对象”。一个对象可以想象成绑定了很多“行为（代码）”和“状态（数据）”的物体。对于数据结构的改变需要和代码进行通信然后操作，反之亦然。面向对象设计让大型软件工程的计划和设计变得更容易管理，能增强工程的健康度，减少失败工程的数量。

跨平台性

　　Java语言的第二个特性就是跨平台性，也就是说使用Java语言编写的程序可以在编译后不用经过任何更改，就能在任何硬件设备条件下运行。这个特性经常被称为“一次编译，到处运行”。

　　执行Java应用程序必须安装Java Runtime Environment（JRE），JRE内部有一个Java虚拟机（Java Virtual Machine，JVM）以及一些标准的类库（Class Library）。通过JVM才能在电脑系统执行Java应用程序（Java Application），这与.Net Framework的情况一样，所以电脑上没有安装JVM，那么这些程序将不能够执行。

　　实现跨平台性的方法是大多数编译器在进行Java语言程序的编码时候会生成一个用字节码写成的“半成品”，这个“半成品”会在Java虚拟机（解释层）的帮助下运行，虚拟机会把它转换成当前所处硬件平台的原始代码。之后，Java虚拟机会打开标准库，进行数据（图片、线程和网络）的访问工作。主要注意的是，尽管已经存在一个进行代码翻译的解释层，有些时候Java的字节码代码还是会被JIT编译器进行二次编译。

　　有些编译器，比如GCJ，可以自动生成原始代码而不需要解释层。但是这些编译器所生成的代码只能应用于特定平台。并且GCJ目前只支持部分的Java API。

　　甲骨文公司对于Java的许可是“全兼容的”，这也导致了微软和升阳关于微软的程序不支持RMI和JNI接口、并且增加特性为己所用的法律争端。升阳最终赢得了官司，获得了大约两千万美元的赔偿，法院强制要求微软执行升阳公司关于Java的许可要求。作为回应，微软不再在Windows系统中捆绑Java，最新的Windows版本，Windows Vista和Internet Explorer 7.0版本也不再提供对于Java应用程序和控件的支持。但是升阳公司和其他使用Java运行时系统的公司在Windows操作系统下对用户提供无偿的第三方插件和程序支持。

　　Java语言使用解释层最初是为了轻巧性。所以这些程序的运行效率比C语言和C++要低很多，用户也对此颇有微词。很多最近的调查显示Java的程序运行速度比几年前要高出许多，有些同样功能的程序的效率甚至超过了C++和C语言编写的程序。

　　Java语言在最开始应用的时候是没有解释层的，所有需要编译的代码都直接转换成机器的原始代码。这样做的后果就是获得了最佳的性能，但是程序臃肿异常。从JIT技术开始，Java的程序都经过一次转换之后才变成机器码。很多老牌的第三方虚拟机都使用一种叫做“动态编译”的技术，也就是说虚拟机实时监测和分析程序的运行行为，同时选择性地对程序所需要的部分进行编译和优化。所有这些技术都改善了代码的运行速度，但是又不会让程序的体积变得失常。

　　程序的轻便性事实上是软件编写很难达到的一个目标，Java虽然成功地实现了“一次编译，到处运行”，但是由于平台和平台之间的差异，所编写的程序在转换代码的时候难免会出现微小的、不可察觉的错误和意外。有些程序员对此非常头疼，他们嘲笑Java的程序不是“一次编译，到处运行”，而是“一次编译，到处调试”。以Java AWT为例，早期Java AWT内提供的按钮、文字区等均是以电脑系统所默认的样式而显示。这令Java程序在有些没有提供图案的电脑系统产生错误（在Microsoft Windows设有窗口管理器，在一些Linux distribution则没有）。后来SUN公司针对Java AWT一些问题而推出Java Swing。

　　平台无关性让Java在服务器端软件领域非常成功。很多服务器端软件都使用Java或相关技术建立。

自动垃圾回收（Garbage Collection）

　　C++语言被用户诟病的原因之一是大多数C++编译器不支持垃圾收集机制。通常使用C++编程的时候，程序员于程序中初始化对象时，会在主机内存堆栈上分配一块内存与地址，当不需要此对象时，进行析构或者删除的时候再释放分配的内存地址。如果对象是在堆栈上分配的，而程序员又忘记进行删除，那么就会造成内存泄漏（Memory Leak）。长此以往，程序运行的时候可能会生成很多不清除的垃圾，浪费了不必要的内存空间。而且如果同一内存地址被删除两次的话，程序会变得不稳定，甚至崩溃。因此有经验的C++程序员都会在删除之后将指针重置为NULL，然后在删除之前先判断指针是否为NULL。

　　C++中也可以使用“智能指针”（Smart Pointer）或者使用C++托管扩展编译器的方法来实现自动化内存释放，智能指针可以在标准类库中找到，而C++托管扩展被微软的Visual C++ 7.0及以上版本所支持。智能指针的优点是不需引入缓慢的垃圾收集机制，而且可以不考虑线程安全的问题，但是缺点是如果不善使用智能指针的话，性能有可能不如垃圾收集机制，而且不断地分配和释放内存可能造成内存碎片，需要手动对堆进行压缩。除此之外，由于智能指针是一个基于模板的功能，所以没有经验的程序员在需要使用多态特性进行自动清理时也可能束手无策。

　　Java语言则不同，上述的情况被自动垃圾收集功能自动处理。对象的创建和放置都是在内存堆栈上面进行的。当一个对象没有任何引用的时候，Java的自动垃圾收集机制就发挥作用，自动删除这个对象所占用的空间，释放内存以避免内存泄漏。

　　注意程序员不需要修改finalize方法，自动垃圾收集也会发生作用。但是内存泄漏并不是就此避免了，当程序员疏忽大意地忘记解除一个对象不应该有的引用时，内存泄漏仍然不可避免。

　　不同厂商、不同版本的JVM中的内存垃圾回收机制并不完全一样，通常越新版本的内存回收机制越快，IBM、BEA、SUN等等开发JVM的公司都曾宣称过自己制造出了世界上最快的JVM，JVM性能的世界纪录也在不断的被打破并提高。

　　IBM有一篇有关Java内存回收机制比不激活垃圾收集机制的C++内存处理快数倍的技术文章，而著名的Java技术书籍《Java编程思想》（Thinking in Java）也有一段论述Java内存及性能达到甚至超过C++的章节。

三、环境

Java的三种技术架构:

JAVAEE：Java Platform Enterprise Edition，开发企业环境下的应用程序，主要针对web程序开发；

JAVASE：Java Platform Standard Edition，完成桌面应用程序的开发，是其它两者的基础；

JAVAME：Java Platform Micro Edition，开发电子消费产品和嵌入式设备，如手机中的程序；

JDK下载地址：http://www.oracle.com/technetwork/cn/java/javase/downloads/jdk7-downloads-1880260.html

1，JDK：Java Development Kit，java的开发和运行环境，java的开发工具和jre。

2，JRE：Java Runtime Environment，java程序的运行环境，java运行的所需的类库+JVM(java虚拟机)。

java运行分两步：一个是编译，一个是运行。

    javac：负责的是编译的部分，当执行javac时，会启动java的编译器程序。对指定扩展名的.java文件进行编译。 生成了jvm可以识别的字节码文件。也就是class文件，也就是java的运行程序。

    java：负责运行的部分.会启动jvm.加载运行时所需的类库,并对class文件进行执行.

    一个文件要被执行,必须要有一个执行的起始点,这个起始点就是main函数.

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原标题：Java 经典光速入门（一）

关键词：JAVA