Java入门——初识Java

Java入门——初识Java

摘要：本文主要对Java这门编程语言进行简单的介绍。

Java简介

说明

Java语言历时十多年，已发展成为人类计算机史上影响深远的编程语言，从某种程度上来看，它甚至超出了编程语言的范畴，成为一种开发平台，一种开发规范。Java语言所崇尚的开源、自由等精神，吸引了全世界无数优秀的程序员。事实是，从人类有史以来，从来没有一门编程语言能吸引这么多的程序员，也没有一门编程语言能衍生出如此之多的开源框架。

Java语言是一门非常纯粹的面向对象编程语言，它吸收了C++语言的各种优点，又摒弃了C++里难以理解的指针等概念。Java语言作为静态面向对象编程语言的代表，很好地实现了面向对象理论，允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程开发。

不仅如此，Java语言相关的Java EE规范里包含了时下最流行的各种软件工程理念，各种先进的设计思想总能在Java EE平台以及相关框架里找到相应实现。从某种程度上来看，学精了Java语言的相关方面，相当于系统地学习了软件开发相关知识，而不是仅仅学完了一门编程语言。

时至今日，大部分银行、电信、证券、电子商务、电予政务等系统已经采用Java EE平台构建，或者正在逐渐过渡到采用Java EE平台来构建，Java EE规范是目前最成熟的也是应用最广的企业级应用开发规范。

Java的诞生

Java语言的诞生具有一定的戏剧性，它并不是经过精心策划、制作，最后产生的划时代产品，从某个角度来看，Java语言的诞生完全是一种误会。

1990年年末，Sun公司预料嵌入式系统将在未来家用电器领域大显身手。于是Sun公司成立了一个由James Gosjing领导的Green计划，准备为下一代智能家电（如电视机、微波炉、电话）编写一个通用控制系统。

该团队最初考虑使用C++语言，但是很多成员包括Sun的首席科学家Bill Joy，发现C++和可用的API在某些方面存在很大问题。而且工作小组使用的是嵌入式平台，可用的系统资源极其有限。并且很多成员都发现C++太复杂，以致很多开发者经常错误使用。而且C++缺少垃圾回收系统、可移植性、分布式和多线程等功能。

根据可用的资金，Bill Joy决定开发一种新语言，他提议在C++的基础上，开发一种面向对象的环境。于是James Gosling试图通过修改和扩展C++的功能来满足这个要求，但是后来他放弃了，他决定创造一种全新的语言：Oak。

到了1992年的夏天，Green计划已经完成了新平台的部分功能，包括Green操作系统、Oak的程序设计语言、类库等。同年11月，Green计划被转化成了一个Sun公司的全资子公司。

新公司致力于创建一种高度互动的设备。当时代华纳公司发布了一个关于电视机顶盒的征求提议书时，他们改变了目标，作为对征求提议书的响应，提出了一个机顶盒平台的提议，但在当时市场不成熟的情况下，他们的项目没有获得成功。

此时，可怜的Green项目几乎接近夭折，甚至Green项目组的一半成员也被调到了其他项目组。

正如中国古代的寓言所言：塞翁失马，焉知非福？如果Green项目在机顶盒平台投标成功，也许就不会诞生Java这门伟大的语言了。

1994年夏天，互联网和浏览器的出现不仅给广大互联网的用户带来了福音，也给Oak语言带来了新的生机。Gosling立即意识到，这是一个机会，于是对Oak进行了小规模的改造，到了1994年秋，小组完成了第一个Java语言的网页浏览器。Sun公司实验室主任和技术总监观看了该浏览器的演示，对该浏览器的效果给予了高度评价。当时Oak这个商标已被别人注册，于是只得将Oak更名为Java。

Java的发展

Sun公司在1995年年初发布了Java语言，Sun公司直接把Java放到互联网上，免费给大家使用。甚至连源代码也不保密，也放在互联网上向所有人公开。

几个月后，让所有人都大吃一惊的事发生了：Java成了互联网上最热门的宝贝。竟然有10万多人次访问了Sun公司的网页，下载了Java语言。然后，互联网上立即就有数不清的Java小程序（也就是Applet），演示着各种小动画、小游戏等。Java语言终于扬眉吐气了，成为了一种广为人知的编程语言。

在Java语言出现之前，互联网的网页实质上就像是一张纸，不会有任何动态的内容。有了Java语言之后，浏览器的功能被扩大了。Java程序可以直接在浏览器里运行，可以直接与远程服务器交互。用Java语言编程，可以在互联网上像传送电子邮件一样方便地传送程序文件。

历史版本

JDK1.0

Sun公司在1995年年初发布了Java语言，同时放到了互联网上，免费给大家使用，甚至连源代码也不保密，对所有人公开，这就是所谓的开源。之后吸引了大批的程序员使用Java语言开发出了各种小动画、小游戏等。

Sun公司虽然推出了Java，但这只是一种语言，如果想要开发复杂的应用程序，必须要有一个强大的开发类库。

因此，Sun在1996年年初发布了JDK1.0。这个版本包括两部分：运行环境（JRE）和开发环境（JDK）。

◆　运行环境（Java Runtime Environment）：包括核心API、集成API、用户界面API、发布技术、Java虚拟机（JVM）。

◆　开发环境（Java Development Kit）：包括编译Java程序的编译器（即javac命令）。

在JDK1.0时代，JDK除了AWT（一种用于开发图形用户界面的API）外，其它的库并不完整。

JDK1.1

接着，Sun在1997年2月18日发布了JDK1.1。JDK1.1增加了JIT（即时编译）编译器。JIT和传统的编译器不同：传统的编译器是编译一条，运行完后将其扔掉；而JIT会将经常用到的指令保存在内存中，当下次调用时就不需要重新编译了。通过这种方式让JDK在效率上有了较大提升。

但一直以来，Java主要的应用就是网页上的Applet以及一些移动设备。到了1996年年底，Flash面世了，这是一种更加简单的动画设计软件：使用Flash几乎无须任何编程语言知识，就可以做出丰富多彩的动画。随后Flash增加了ActionScript编程脚本，Flash逐渐蚕食了Java在网页上的应用。

从1995年Java的诞生到1998年年底，Java语言虽然成为了互联网上广泛使用的编程语言，但它并没有找到一个准确的定位，也没有找到它必须存在的理由。Java语言可以编写Applet，而Flash一样可以做到，而且更快，开发成本更低。

JDK1.2

直到1998年12月，Sun发布了Java历史上最重要的JDK版本：JDK1.2。伴随JDK1.2一同发布的还有jsp/servlet、EJB（Enterprise Java Bean）等规范，并将Java分成了J2EE、J2SE和J2ME三个版本。

◆　J2EE 企业版（Java 2 Platform，Enterprise Edition）：Java技术中应用最广泛的部分，J2EE提供了企业应用开发相关的完整解决方案。

◆　J2SE 标准版（Java 2 Platform，Simple Edition）：整个Java技术的核心和基础，它是J2ME和J2EE编程的基础。

◆　J2ME 微缩版（Java 2 Platform，Micro Edition）：主要用于控制移动设备和信息家电等有限存储的设备。

这标志着Java已经吹响了向企业、桌面和移动3个领域进军的号角，标志着Java已经进入Java 2时代，这个时期也是Java飞速发展的时期。

在Java 2中，Java发生了很多革命性的变化，而这些革命性的变化一直沿用到现在，对Java的发展形成了深远的影响。直到今天，我们还经常看到J2EE、J2ME等名称。

不仅如此，JDK1.2还把它的API分成了三大类：

◆　核心API：由Sun公司制定的基本的API，所有的Java平台都应该提供。这就是我们平常所说的Java核心类库。

◆　可选API：这是Sun为JDK提供的扩充API，这些API因平台的不同而不同。

◆　特殊API：用于满足特殊要求的API。如用于JCA相JCE的第三方加密类库。

JDK1.4

2002年2月，Sun发布了JDK历史上最为成熟的版本：JDK1.4。此时由于Compaq、Fujitsu、SAS、Symbian、IBM等公司的参与，使JDK1.4成为发展最快的一个JDK版本。到JDK1.4为止，我们已经可以使用Java实现大多数的应用了。

在此期间，Java语言在企业应用领域大放异彩，涌现出大量基于Java语言的开源框架：Struts、WebWork、Hibemate、Spring等；大量企业应用服务器也开始涌现：WebLogic、WebSphere、JBoss等，这些都标志着Java语言进入了飞速发展时期。

JDK1.5

2004年10月，Sun发布了万众期待的JDK1.5，同时，Sun将JDK1.5改名为Java SE 5。J2EE、J2ME也相应地改名Java EE和Java ME。JDK1.5增加了诸如泛型、增强的for语句、可变数量的形参、注释（Annotations）、自动拆箱和装箱等功能。同时，也发布了新的企业级平台规范如通过注释等新特性来简化EJB的复杂性，并推出了EJB 3.0规范。还推出了自己的MVC框架规范：JSF，JSF规范类似于ASP.NET的服务器端控件，通过它可以快速地构建复杂的JSP界面。

JDK1.6

2006年12月，Sun公司发布了JDK1.6（也被称为Java SE 6）。一直以来，Sun公司维持了大约2年发布一次JDK新版本的习惯。

但在2009年4月20日，Oracle宣布将以每股9.5美元的价格收购Sun，该交易的总价值约为74亿美元。而Oracle通过收购Sun公司获得了两项软件资产：Java和Solaris。

于是曾经代表一个时代的公司：Sun终于被“雨打风吹”去，“江湖”上再也没有了Sun的身影。多年以来，在新一辈的程序员心中可能会遗忘曾经的Sun公司，但老一辈的程序员们将永久地怀念Sun公司的传奇。

Sun倒下了，不过Java的大旗依然“猎猎”作响。2007年11月，Google宣布突出一款基于Linux平台的的开源手机操作系统：Android。Android的出现顺应了即将出现的移动互联网潮流，而且Android系统的用户体验非常好，因此迅速成为手机操作系统的中坚力量。Android平台使用了Dalvik虚拟机来运行.dex文件，Dalvik虚拟机的作用类似于JVM虚拟机，只是他并未遵守JVM规范而已。Android使用Java语言来开发应用程序，这也给了Java语言一个新的机会。在过去的岁月中，Java语言作为服务器端编程语言，已经取得了极大的成功；而Android平台的流行，则让Java语言获得了在客户端程序上大展拳脚的机会。

JDK1.7

2011年7月28日，Oracle公司终于“如约”发不了Java SE 7，这次版本的升级经过了将近5年时间。Java SE 7 也是Oracle发布的第一个Java版本。Java SE 7虽然并未完全满足所有人的期望，不过它也加入了不少新特性。

基本概念

特点

◆　完全面向对象，动态。

◆　解释性，简单易移植，跨平台。

◆　安全健壮，高性能。

◆　多线程，分布式。

运行机制

计算机高级语言接程序的执行方式可以分为编译型和解释型两种。

Java语言是一种特殊的高级语言，它既具有解释型语言的特征，也具有编译型语言的特征，因为Java程序要经过先编译，后解释两个步骤。

编译型语言

编译型语言是指使用专门的编译器，针对特定平台（操作系统）将某种高级语言源代码一次性“翻译”成可被该平台硬件执行的机器码(包括机器指令和操作数），并包装成该平台所能识别的可执行性程序的格式，这个转换过程称为编译（Compile）。编译生成的可执行性程序可以脱离开发环境，在特定的平台上独立运行。有些程序编译结束后，还可能需要对其他编译好的目标代码进行链接，即组装两个以上的目标代码模块生成最终的可执行性程序，通过这种方式实现低层次的代码复用。因为编译型语言是一次性地编译成机器码，所以可以脱离开发环境独立运行，而且通常运行效率较高。但因为编译型语言的程序被编译成特定平台上的机器码，因此编译生成的可执行性程序通常无法移植到其他平台上运行；如果需要移植，则必须将源代码复制到特定平台上，针对特定平台进行修改，至少也需要采用特定平台上的编译器重新编译。

现有的C、C++、Fortran、Pascal等高级语言都属于编译型语言。

解释型语言

解释型语言是指使用专门的解释器对源程序逐行解释成特定平台的机器码并立即执行的语言。解释型语言通常不会进行整体性的编译和链接处理，解释型语言相当于把编译型语言中的编译和解释过程混合到一起同时完成。可以认为：每次执行解释型语言的程序都需要进行一次编译，因此解释型语言的程序运行效率通常较低，而且不能脱离解释器独立运行。但解释型语言有一个优势：跨平台比较容易，只需提供特定平合的解释器即可，每个特定平台上的解释器负责将源程序解释成特定平台的机器指令即可。解释型语言可以方便地实现源程序级的移植，但这是以牺牲程序执行效率为代价的。

现有的Ruby、Python等语言都属于解释型语言。

伪编译型语言

除此之外，还有一种伪编译型语言，如Visual Basic，它属于半编译型语言，并不是真正的编译型语言。它首先被编译成P-代码，并将解释引擎封装在可执行性程序内，当运行程序时P-代码会被解析成真正的二进制代码。表面上看起来，Visual Basic可以编译生成可执行性的EXE文件，而且这个EXE文件也可以脱离开发环境，在特定平台上运行，非常像编译型语言。实际上，在这个EXE文件中，既有程序的启动代码，也有链接解释程序的代码，而这部分代码负责启动Visual Basic解释程序，再对Visual Basic代码进行解释并执行。

Java程序的运行机制和JVM

Java程序的运行机制

Java语言比较特殊，由Java语言编写的程序需要经过编译步骤，但这个编译步骤并不会生成特定平台的机器码，而是生成一种与平台无关的字节码（也就是.class文件）。当然，这种字节码不是可执行性的，必须使用Java解释器来解释执行。因此，我们可以认为：Java语言既是编译型语言，也是解释型语言。或者说，Java语言既不是纯粹的编译型语言，也不是纯粹的解释型语言。

Java程序的执行过程必须经过先编译，后解释两个步骤，如图所示：

JVM

Java语言里负责解释执行字节码文件的是Java虚拟机，即JVM（Java Virtual Machine）。JVM是可运行Java字节码文件的虚拟计算机。所有平台上的JVM向编译器提供相同的编程接口，而编译器只需要面向虚拟机，生成虚拟机能理解的代码，然后由虚拟机来解释执行。在一些虚拟机的实现中，还会将虚拟机代码转换成特定系统的机器码执行，从而提高执行效率。

当使用Java编译器编译Java程序时，生成的是与平台无关的字节码，这些字节码不面向任何具体平台，只面向JVM。不同平台上的JVM都是不同的，但它们都提供了相同的接口。JVM是Java程序跨平台的关键部分，只要为不同平台实现了相应的虚拟机，编译后的Java字节码就可以在该平台上运行。显然，相同的字节码程序需要在不同的平台上运行，这几乎是“不可能的”，只有通过中间的转换器才可以实现，JVM就是这个转换器。

JVM是一个抽象的计算机，和实际的计算机一样，它具有指令集并使用不同的存储区域。它负责执行指令，还要管理数据、内存和寄存器。

理解JVM

JVM的作用很容易理解，就像同一个插座，需要给两个不同接口的手机充电，这就需要为这两个手机分别提供一个充电器。这个充电器：

◆　向上的接口相同，用于适应同一个插座；

◆　向下的接口不同，用于适应两个不同的手机。

在这个类比中，我们可以近似的理解两个不同的手机就是不同的操作系统，而同一个插座就是Java字节码程序，充电器角色则对应JVM。类似地，我们也可以认为JVM分为向上和向下两个部分，所有平台上的JVM：

◆　向上提供给Java字节码程序的接口完全相同；

◆　向下适应不同平台的接口则互不相同。

规范

Sun公司制定的Java虚拟机规范，在技术上规定了JVM的统一标准，具体定义了JVM的如下细节：

◆　指今集

◆　寄存器

◆　类文件的格式

◆　栈

◆　存储区

Sun公司制定这些规范的目的是为了提供统一的标准，最终实现Java程序的平台无关性。