Java的基本运行原理、体系结构以及Java能开发哪些应用程序？

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

Hello ,欢迎来到Java的世界!本书适用于零基础且有兴趣学习Java编程的小伙伴,全程会以理论和实践相结合的方式,手把手地教你用Java开发出自己的程序。你是否已经迫不及待了呢?现在就随我一起来探索Java的学习之道吧!

本章我会带领大家一起来认识Java这门高级编程语言,在学习一个新技术时,应该从3个方面入手。首先,它是什么?其次,它能干什么?最后,如何使用?大家需要记住这3个步骤,我们后续的讲解都是按照这个模式进行的。好了,接下来就开始我们的Java初体验。

1.1 Java概述

本节带领大家了解Java的基本知识、运行原理、体系结构、Java的用途,以及如何使用Java进行编程。

1.1.1 什么是Java

众所周知, IT是一个高速发展、技术更迭日新月异的行业。随着编程技术的不断发展、更新,越来越多的编程语言层出不穷,令大家不知如何选择。面对种类繁多的编程语言,零基础的初学者究竟应该选择哪种编程语言来入门呢?掌握哪门编程语言能够更好地应对IT技术日益革新、多态化发展的大趋势呢?综合以上思路,这门语言应该具备以下特质:

容易上手;

适用于多平台;

多行业;发展稳定；

开发需求量大。

什么语言这么强大,可以满足这些要求呢?没错,就是Java, Java是由Sun ( Stanford UniversityNetwork)公司于1995年5月23日正式推出的一套计算机高级编程语言,它拥有20多年的发展历史,这足以表明Java很稳定。

Java适用于多个领域,从早期的终端设备到现在流行的电商、桌面管理软件、机顶盒设备、车载导航.安卓移动端等,涵盖面非常之广,并且可以做到跨平台,无论是Windows系统、Linux系统,还是Mac OS系统,都可以运行Java程序。

多年以来, Java始终在编程语言排行榜中名列前茅(见图1-1) ,是全球范围内使用人数最多的编程语言之一。同时,市场对Java开发工程师的需求量也很大,在各大招聘网站上, Java相关岗位的招聘信息非常多。

图1-1

Java是面向对象的编程语言,面向对象是一种易理解、上手快的编程思想,同时Java提供了功能非常强大的系统类库,多种多样的工具类任你使用,开发者只需要关注业务逻辑,然后根据具体需求去调用这些工具类即可,底层的具体实现不需要关注。因此,相比于C++这种偏向底层的高级编程语言, Java更容易上

Java语言具备如下特点。

1,简洁高效

Java语言非常简洁,相比于C++中头文件、指针等各种抽象的概念, Java更好理解、便于上手,同时还提供了功能强大的系统类库,使开发变得更加简洁高效。

2.跨平台

程序在不同平台的兼容性问题一直困扰着开发者,如果我们开发的程序能够无障碍地同时运行在

Windows, Mac OS和Linux系统中,那是多么美妙的一件事。Java就帮我们实现了这个美好的愿望,一套代码可以在多种平台上运行。

3.面向对象

面向对象是一种编程思想,这种编程思想的诞生,对于软件工程有着划时代的意义。开发者告别了面向过程开发的烦琐步骤,从一个新的维度重新解读编程这件事,极大地提升了软件开发效率和能力, Java就是这样一种面向对象的高级编程语言。

4.分布式计算

Java提供了一套网络操作类库,很适合开发分布式计算的程序,开发者可以通过调用类库进行网络程序开发,实现分布式特性。

5.健壮性

Java提供了非常强大的排错机制,在程序编译阶段就可以检测出程序中的错误,无需等到运行时才暴露出存在的问题。同时在运行阶段会再一次进行相应的检查,多种手段保证了程序的稳定性和健壮性。

6.可处理多线程

线程是进程的基本单位,是程序开发中必不可少的一种基础资料, Java提供了良好的多线程处理机制,使程序具备更为优秀的交互性。

好了,听完了这些,你是不是已经迫不及待地想要开始学习Java了呢?别着急,我们说过,学习新技术,首先应该了解它是什么?其次要了解它能干什么,接下来,我们就来一起看看Java有哪些方面的实际应用。

在全球范围内,选择Java作为后台开发语言的公司数不胜数,比较知名的国外互联网公司包括Google、YouTube、Amazon、Twitter等,国内的知名公司有阿里、腾讯、百度、新浪、搜狐等。尤其是在电商领域,大部分公司都在使用Java ,包括天猫、京东、苏宁易购、当当、美团等,这么多知名企业都选择Java作为开发语言,你还在犹豫什么呢?

1.1.2 Java的运行机制

简单来讲, Java开发可分为3步:

1、在后缀为java的文件中编写Java程序,此文件称之为Java源文件;

2、通过编译器将源文件编译为后缀为class的字节码文件;

3、计算机读取字节码文件运行程序。

运行原理如图1-2所示。

图1-2

我们可以这样理解, Java源文件是开发者编写的,以开发者自己能看懂的方式去编写代码,但是计算机无法直接识别编写好的程序,因为计算机只能识别二进制的数据,相当于两者语言不通,要进行交流就必须有翻译,编译器就是这个翻译,它可以将开发者编写的程序翻译成计算机能识别的二进制数据,即将Java源文件编译为字节码文件,这样一来计算机就可以运行程序了。

Java程序并不是运行在计算机底层的,Java拥有自己的虚拟计算机,这个虚拟的计算机有自己的内存,有自己的磁盘,我们把它叫作Java虚拟机(Java Virtual Machine , JVM )。所有的Java程序都是运行在JVM上的,正是因为有了JM这样一种机制, Java程序才能做到跨平台,不同的操作系统只要可以安装JVM ,就可以运行Java程序。JVM可以将不同操作系统的底层运行机制进行屏蔽,读取与平台无关的字节码文件,由Java解释器将JVM的程序运行在不同的平台上。编译好的字节码文件只需要识别JVM ,而不需要关心更底层的操作系统,由JVM去适应并识别不同的操作系统,如图1-3所示。

图1-3

举一个生活中的例子,一个中国商人,需要同时跟来自美国、意大利和德国的3个客户洽谈合作,但是中国商人只会说汉语,所以他高价雇佣了一个同时精通英语、意大利语、德语的高级翻译,帮他把汉语分别翻译给来自美国、意大利和德国的客户,这样就可以无障碍地沟通并完成合作了。

在这个例子中,中国商人相当于Java源程序,高级翻译相当于JVM ,而来自美国、意大利、德国的客户相当于不同的操作系统。

1.1.3 Java 大体系

Java语言后来衍生出3个体系分支,分别是J2SE, J2ME, J2EE

J2SE (Java2 Platform Standard Edition )定义了Java的核心类库,包含了各种常用组件,是Java开发的基础

J2ME (Java2 Platform Micro Edition )是基于J2SE衍生出的专用于移动设备的开发组件,如手机、机顶盒、车载导航等。

J2EE (Java2 Platform Enterprise Edition )是基于J2SE扩展出的企业级开发组件,提供了Java Web相关的开发组件,如Servlet, JSP等,是Java开发的主流技术。

2005年之后,三大体系被重新命名,其中J2SE更名为Java SE, J2ME更名为Java ME , J2EE更名为Java EE,在三大体系中, Java SE是核心, Java ME和Java EE是在Java SE的基础上发展起来的,如图1-4所示。

图1-4

1.2搭建Java开发环境

上一节我们学习了Java的基本概念,了解了Java的运行原理。Java程序必须依赖于JM才能运行,所以开发Java程序的第一步就是在计算机上安装Java环境,本节就带大家一起来安装和配置Java环境。

1.2.1安装配置Java10

Java经历了这么多年的发展,最新的版本是Java10 (作者在编写本书时的最新版) ,我们就以Java10为例,给大家演示如何安装和配置Java环境。首先我们需要了解什么是Java环境,有两个重要的概念我们需要掌握——JRE和JDK.

JRE (Java Runtime Environment )是Java的运行环境,包括JM和Java基础类库,一台计算机要运行Java程序,就必须有JRE

JDK (Java Development Kit )是Java开发包,它包含JRE和编译Java源文件的编译器,我们要在一台计算机上进行Java程序开发,就必须安装JDK,

由此可知,JRE是Java程序运行环境, JDK是Java程序开发环境,而JDK包含了JRE ,我们只需要安装JDK即可。

1.下载JDK

(1)打开Java官方网站,选择”JDK Download”下载JDK10.0.2 (作者在编写本书时的最新版) ,如图1-5所示。

(2)在打开的新网页选中”Accept License Agreement”选项,如图1-6所示。

图1-5

图1-6

(3) 根据你的操作系统选择对应的JDK安装文件,这里我们选择Windows系统下的JDK,如图1-7所示。

图1-7

（4）下载好的安装文件如何1-8所示。

图1-8

2.安装JDK

(1)找到JDK安装文件,双击鼠标左键运行该文件。

(2)一直单击”下一步按钮,全部选择”默认”即可。

3,配置环境变量

(1)配置path环境变量使计算机在运行程序时可以找到Java程序的路径。

(2)配置classth可以设置class文件的路径信息。

配置环境变量的具体步骤如下所示。

(1)找到自己安装Java的路径,复制下来留着下一步备用,如图1-9所示。

(2)计算机一属性一高级系统设置一高级一环境变量一系统变量,点击”新建”,为变星起名”JAVA_HOME” ,变量值设置为上一步复制的路径,如图1-10所示。

图1-9

图1-10

(3)在Path路径的开头添加”%JAVA_HOME%\bin;” ,如图1-11所示。

图1-11

4. 检测是否安装成功

（1）按Windows+R组合键，输入cmd，单击“确定”按钮打开终端，如图1-12所示：

图1-12

（2）在终端输入“javac”以及“java”，如果安装成功就可以看到如图1-13和图1-14所示的信息。

图1-13

图1-14

（3）若出现“javac/java不是内部命令”字样，则表示环境配置失败，需要重新配置。

（4）输入“java-version”，可以查看java的版本信息，如图1-15所示。

图1-15

1.2.2 Java程序开发步骤

想必读到这里,大家都已经成功地配置好了Java环境,准备工作就绪,接下来我们就可以正式开始写代码了。

我们的第一个Java程序是输出”Hello World”。在D盘新建一个文件夹,命名为java ,进入java文件夹,新建一个名为Helloworld java的文件,这就是Java源文件。接下来,用记事本或者其他编辑器打开文件来编写代码,如代码1-1所示。

代码1-1

public class Hellollorld{
public static void main(String[] args) {
System.out.printIn("Hello World");
}
}

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我们之前介绍过, Java程序开发分三步:第一步编写,第二步编译,第三步运行。代码1-1编写完成之后,我们需要进行第二步:编译。

(1)打开CMD终端(按Windows+R组合键,然后输入”cmd” ) ,用”d:”命令进入计算机的D盘,然后通过cd命令进入Java程序所在的文件夹,如图1-16所示, Helloworld.java保存在D盘的java文件夹中。

(2)如图1-17所示,使用javac HelloWorldjava合令编译HelloWorld.java文件。

(3)如图1-18所示,在编译成功后,会看到D:/java文件夹中自动生成了一个HelloWorld.class文件,该文件就是我们之前提到的字节码文件, JVM就是通过读取这个文件来运行程序的。

图1-16

图1-17

图1-18

（5）如图1-19所示，使用java HelloWorld命令来运行java程序，计算机打印输出了“HelloWorld”字符串。

图1-19

成功!这里对代码进行简单的说明, public static void main(String[] args)是程序的入口,我们希望计算机执行的代码都写在这里,大家可以先这样理解,后面我们会详细讲解main方法。

注意事项:

编译程序的命令是javac;

运行程序的命令是java;

编写代码时注意字母的大小写, Java程序对大小写敏感。

1.3 小结

作为本书的开篇内容,本章首先为大家介绍了Java的基本运行原理、体系结构以及Java能开发哪些应用程序,让初学者对Java有一个基本的认识和概念。介绍完Java的基本概念,接下来为大家讲解如何安装配置Java环境,第一步安装JDK,第二步配置环境变量,完成之后就可以在计算机上开发Java程序了。Java程序开发共分为3个步骤:第一步编写Java源代码,第二步将Java源代码编译成JVM能识别的字节码文件,第三步计算机读取字节码文件并运行程序。

我们在学习一个新知识的时候,首先是要了解它是什么,它能做什么,然后才是怎么使用。本章对这3个问题做了详细解答,为后续的深入学习做好了铺垫。

本文节选自《Java零基础实战》

全书共分3部分，10章，54小节。第1部分讲解Java的基本概念，运行机制，开发方式，基础语法；第2部分讲解Java的核心思想：面向对象，教会读者使用面向对象的思想进行软件开发；第3部分讲解Java的高级特性，包括多线程，集合框架，实用类，IO流，反射机制，网络编程。