2020重新出发，JAVA语言，什么是JAVA？

分类：JVM作者：编程之家用户

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什么是 java？

Java 是近 10 年来计算机软件发展过程中的传奇，其在众多开发者心中的地位可谓“爱不释手”，与其他一些计算机语言随着时间的流逝影响也逐渐减弱不同，Java 随着时间的推移反而变得更加强大。

从首次发布开始，Java 就跃到了 Internet 编程的前沿。后续的每一个版本都进一步巩固了这一地位。如今，Java 依然是开发基于 Web 的应用程序的最佳选择。此外，Java 还是智能手机变革的推手，Android编程采用的就是 Java 语言。

简单地说，Java 是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年推出的一门面向对象程序设计语言，不仅吸收了C++语言的各种优点，还摒弃了C++难以理解的多继承、指针等概念。2010 年 Oracle 公司收购 Sun Microsystems，之后由 Oracle 公司负责 Java 的维护和版本升级。

其实，Java 还是一个平台。Java 平台由 Java 虚拟机（Java Virtual Machine，JVM）和 Java 应用编程接口（Application Programming Interface，API）构成。Java 应用编程接口为此提供了一个独立于操作系统的标准接口，可分为基本部分和扩展部分。在硬件或操作系统平台上安装一个 Java 平台之后，Java 应用程序就可运行。

Java 平台已经嵌入了几乎所有的操作系统。这样 Java 程序只编译一次，就可以在各种系统中运行。最受欢迎的版本为 Java 1.8。

Java 发展至今，就力图使之无所不能。在世界编程语言排行榜中，近年来 Java 一直稳居第一名，今年7月和C换了位置。

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JAVA三大体系

按应用范围，Java 可分为 3 个体系，即 Java SE、Java EE 和 Java ME。下面简单介绍这 3 个体系。

java三大体系

Java SE

Java SE（Java Platform Standard Edition，Java 平台标准版）以前称为 J2SE，它允许开发和部署在桌面、服务器、嵌入式环境和实时环境中使用的 Java 应用程序。Java SE 包含了支持 Java Web 服务开发的类，并为 Java EE 提供基础，如 Java 语言基础、JDBC 操作、I/O 操作、网络通信以及多线程等技术。如图 所示为 Java SE 的体系结构。

Java EE

Java EE（Java Platform Enterprise Edition，Java 平台企业版）以前称为 J2EE。企业版本帮助开发和部署可移植、健壮、可伸缩且安全的服务器端 Java 应用程序。Java EE 是在 Java SE 基础上构建的，它提供 Web 服务、组件模型、管理和通信 API，可以用来实现企业级的面向服务体系结构（Service Oriented Architecture，SOA）和 Web 2.0 应用程序。

JavaME

Java ME（Java Platform Micro Edition，Java 平台微型版）以前称为 J2ME，也叫 K-JAVA。 Java ME 为在移动设备和嵌入式设备（比如手机、PDA、电视机顶盒和打印机）上运行的应用程序提供一个健壮且灵活的环境。

Java ME 包括灵活的用户界面、健壮的安全模型、丰富的内置网络协议以及对可以动态下载的联网和离线应用程序。基于 Java ME 规范的应用程序 只需编写一次就可以用于许多设备，而且可以利用每个设备的本机功能。

java的主要特性和优势

Java 语言的风格很像 C 语言和 C++语言，是一种纯粹的面向对象语言，它继承了 C++ 语言面向对象的技术核心，但是拋弃了 C++ 的一些缺点，比如说容易引起错误的指针以及多继承等，同时也增加了垃圾回收机制，释放掉不被使用的内存空间，解决了管理内存空间的烦恼。相对于C 和 C++ 来说，java主要的优势是 跨平台性 和 垃圾回收机制（GC）。

Java 语言是一种分布式的面向对象语言，具有面向对象、平台无关性、简单性、解释执行、多线程、安全性等很多特点，下面针对这些特点进行逐一介绍。

1. 面向对象

Java 是一种面向对象的语言，它对对象中的类、对象、继承、封装、多态、接口、包等均有很好的支持。为了简单起见，Java 只支持类之间的单继承，但是可以使用接口来实现多继承。使用 Java 语言开发程序，需要采用面向对象的思想设计程序和编写代码。

2. 平台无关性

平台无关性的具体表现在于，Java 是“一次编写，到处运行（Write Once，Run any Where）”的语言，因此采用 Java 语言编写的程序具有很好的可移植性，而保证这一点的正是 Java 的虚拟机机制。在引入虚拟机之后，Java 语言在不同的平台上运行不需要重新编译。

3. 可移植性

Java 语言使用 Java 虚拟机机制屏蔽了具体平台的相关信息，使得 Java 语言编译的程序只需生成虚拟机上的目标代码，就可以在多种平台上不加修改地运行。另外，Java还严格规定了各个基本数据类型的长度。Java系统本身也具有很强的可移植性，Java编译器是用Java实现的，Java的运行环境是用ANSI C实现的。

4. 简单性

Java 语言的语法与 C 语言和 C++ 语言很相近，使得很多程序员学起来很容易。对 Java 来说，它舍弃了很多 C++ 中难以理解的特性，如操作符的重载和多继承等，而且 Java 语言不使用指针，加入了垃圾回收机制，解决了程序员需要管理内存的问题，使编程变得简单。

5. 解释执行

Java 程序在 Java 平台运行时会被编译成字节码文件，然后可以在有 Java 环境的操作系统上运行。在运行文件时，Java 的解释器对这些字节码进行解释执行，执行过程中需要加入的类在连接阶段被载入到运行环境中。

6. 多线程

Java 语言是多线程的，这也是 Java 语言的一大特性，它必须由 Thread 类和它的子类来创建。Java 支持多个线程同时执行，并提供多线程之间的同步机制（关键字为synchronized）。任何一个线程都有自己的 run() 方法，要执行的方法就写在 run() 方法体内。

7. 分布式

Java 语言支持 Internet 应用的开发，在 Java 的基本应用编程接口中就有一个网络应用编程接口，它提供了网络应用编程的类库，包括 URL、URLConnection、Socket 等。Java 的 RIM（远程方法激活） 机制也是开发分布式应用的重要手段。

8. 健壮性

Java 的强类型机制、异常处理、垃圾回收机制等都是 Java 健壮性的重要保证。对指针的丢弃是 Java 的一大进步。另外，Java 的异常机制也是健壮性的一大体现。

9. 高性能

Java 的高性能主要是相对其他高级脚本语言来说的，随着 JIT（Just in Time）的发展，Java 的运行速度也越来越高。

10. 安全性

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止恶意代码的攻击。除了 Java 语言具有许多的安全特性以外，Java 还对通过网络下载的类增加一个安全防范机制（类ClassLoader），分配不同的名字空间以防替代本地的同名类，并包含安全管理机制，（类SecurityManager）让Java应用设置安全哨兵。

11.动态性

Java语言的设计目标之一是适应于动态变化的环境。Java程序需要的类能够动态地被载入到运行环境，也可以通过网络来载入所需要的类。这也有利于软件的升级。另外，Java中的类有一个运行时刻的表示，能进行运行时刻的类型检查。

Java 语言的众多特性使其在众多的编程语言中占有较大的市场份额，Java 语言对对象的支持和强大的 API 使得编程工作变得更加容易和快捷，大大降低了程序的开发成本。Java 的“一次编写，到处执行”正是它吸引众多商家和编程人员的一大优势。

java程序的运行机制

Java 程序的运行必须经过编写、编译和运行 3 个步骤

  1. 编写：是指在 Java 开发环境中进行程序代码的输入，最终形成后缀名为 .java 的 Java 源文件。
  2. 编译：是指使用 Java 编译器对源文件进行错误排査的过程，编译后将生成后缀名为 .class 的字节码文件。
  3. 运行：是指使用 Java 解释器将字节码文件翻译成机器代码，执行并显示结果。

Java 程序运行流程如图 1 所示。

Java程序运行流程

字节码文件：是一种和任何具体机器环境及操作系统环境无关的中间代码。它是一种二进制文件，是 Java 源文件由 Java 编译器编译后生成的目标代码文件。编程人员和计算机都无法直接读懂字节码文件，它必须由专用的 Java 解释器来解释执行，因此 Java 是一种在编译基础上进行解释运行的语言。

Java 解释器负责将字节码文件翻译成具体硬件环境和操作系统平台下的机器代码，以便执行。因此 Java 程序不能直接运行在现有的操作系统平台上，它必须运行在被称为 Java 虚拟机的软件平台之上。

Java 虚拟机（JVM）：是运行 Java 程序的软件环境，Java 解释器是 Java 虚拟机的一部分。在运行 Java 程序时，首先会启动 JVM，然后由它来负责解释执行 Java 的字节码程序，并且 Java 字节码程序只能运行于 JVM 之上。这样利用 JVM 就可以把 Java 字节码程序和具体的硬件平台以及操作系统环境分隔开来，只要在不同的计算机上安装了针对特定平台的 JVM，Java 程序就可以运行，而不用考虑当前具体的硬件平台及操作系统环境，也不用考虑字节码文件是在何种平台上生成的。

JVM 把这种不同软、硬件平台的具体差别隐藏起来，从而实现了真正的二进制代码级的跨平台移植。JVM 是 Java 平台架构的基础，Java 的跨平台特性正是通过在 JVM 中运行 Java 程序实现的。

Java 的这种运行机制可以通过下图来说明。

JVM工作方式

Java 语言这种“一次编写，到处运行”的方式，有效地解决了目前大多数高级程序设计语言需要针对不同系统来编译产生不同机器代码的问题，即硬件环境和操作平台的异构问题，大大降低了程序开发、维护和管理的开销。

注意：Java 程序通过 JVM 可以实现跨平台特性，但 JVM 是不跨平台的。也就是说，不同操作系统之上的 JVM 是不同的，Windows 平台之上的 JVM 不能用在 Linux 平台，反之亦然。

JDK 、JRE、JVM

  • JDK (Java SE Development Kit)，Java标准开发包，它提供了编译、运行Java程序所需的各种工具和资源，包括Java编译器、Java运行时环境，以及常用的Java类库等。
  • JRE ( Java Runtime Environment) 、Java运行环境，用于解释执行Java的字节码文件。普通用户而只需要安装 JRE（Java Runtime Environment）来运行 Java 程序。而程序开发者必须安装JDK来编译、调试程序。
  • JVM（Java Virtual Machine）：Java虚拟机，是JRE的一部分。它是整个java实现跨平台的最核心的部分，负责解释执行字节码文件，是可运行java字节码文件的虚拟计算机。所有平台的上的JVM向编译器提供相同的接口，而编译器只需要面向虚拟机，生成虚拟机能识别的代码，然后由虚拟机来解释执行。JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

任何语言或者软件的运行都需要环境。就像人要生活在空气中，鱼要活在水中，喜阴植物就不能放在阳光下暴晒一样，任何对象个体的存在都离不开其所需要的环境，编程语言亦是一样的。Java 语言的开发运行，也离不开 Java 语言的运行环境 JRE。没有 JRE 的支持，Java 语言便无法运行。当然，如果还想编译 Java 程序，搞搞小开发的话，JRE 是明显不够了，这时候就需要 JDK。其实，JDK 就是 JRE 加上一些常用工具组成的。JDK 不仅能运行已经被编译好了的 Java 程序，还能支持我们编译 Java 程序（JDK=JER+各种工具）。

JDK，JVM 和 JRE，他们三个到底有什么区别？又有什么联系？

  • JDK（Java Development Kid，Java 开发开源工具包），是针对 Java 开发人员的产品，是整个 Java 的核心，包括了 Java 运行环境 JRE、Java 工具和 Java 基础类库。
  • JRE（Java Runtime Environment，Java 运行环境）是运行 JAVA 程序所必须的环境的集合，包含 JVM 标准实现及 Java 核心类库。
  • JVM（Java Virtual Machine，Java 虚拟机）是整个 Java 实现跨平台的最核心的部分，能够运行以 Java 语言写作的软件程序。负责解释执行字节码文件，是可运行java字节码文件的虚拟计算机。所有平台的上的JVM向编译器提供相同的接口，而编译器只需要面向虚拟机，生成虚拟机能识别的代码，然后由虚拟机来解释执行。JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

三者的关系如下图所示：

img

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由图中可以看出以下几点：

  • JDK= JRE + 多种Java开发工具
  • JRE= JVM + 各种类库
  • 这三者的关系是一层层的嵌套关系。JDK > JRE > JVM

java的编程规范

首先要求程序中的各个要素都遵守命名规则，然后在编码中严格按照编码格式编写代码。命名规则包括以下几点。

  • 包的名称由一个小写字母序列组成。
  • 类的名称由大写字母开头，其他字母都由小写的单词组成。
  • 类的实例的名称由一个小写字母开头，后面的单词由大写字母开头。
  • 常量的名称都大写，并且指出完整含义。
  • 参数的名称无其他具体规定。
  • 数组的命名使用“类型[] 数组名”的形式。

另外，编码格式规定如下。

  • 程序最开始编写导入包和类语句，即 import 语句。import 语句可以有多行，编写完 import 语句后空一行。
  • 定义 public 类，顶格书写。类的主体左括号“{”不换行书写，右括号“}”顶格书写。
  • 定义 public 类中的变量，缩进书写。
  • 定义方法用缩进书写，方法的左括号“{”不换行书写，右括号“}”和方法首行第一个字符对齐。方法体要再次缩进书写，最后一个变量定义和第一个方法定义之间、方法和方法之间最好空一行。

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