Java 簡介

1. Java 的歷史

1995 年 5 月 23 日，Sun Microsystems 公司宣布 Java 語言誕生， 當時使用 Java 的總人數還不到 30 人，可能包括 Java 語言之父詹姆斯·高斯林在內的大多數聯合創始人都無法預想，Java 在未來的二十年間，居然會給互聯網乃至我們的生活帶來如此深遠的影響。

目前 Java 提供以下三個版本：

• Java Platform, Enterprise Edition（Java EE：Java 平臺企業版）；

• Java Platform, Standard Edition（Java SE：Java 平臺標準版）；

• Java Platform, Micro Edition（Java ME：Java 平臺微型版）。

2006 年，SUN 公司在 JavaOne 大會上，宣布在 GNU 通用公共協議（GPL）的構架下向開源世界貢獻 Java 平臺，這次開放的 Java 版本包括了其標準版（Standard）、微型版（Micro）以及企業版（Enterprise）。這是一個具有 “歷史性意義” 的改變。

2. 語言特性

Java 語言的誕生，重新定義了面向對象編程（OOP）。Java 語言的創建之初，就定下了以下幾個目標：

• 簡單易學，并且面向對象；

• 必須健壯且安全；

• 擺脫平臺的依賴性；

• 高性能執行；

• 必須是可解釋的，多線程的，動態的。

2.1 面向對象

面向對象（Object Oriented）指的是一種編程方法。面向對象的主要思想是：圍繞著我們所操縱的 “事物”（即對象）來設計軟件。 計算機硬件的發展為軟件技術的發展提供了更好的土壤，為了讓大型軟件項目易于管理，降低開發和維護的成本，面向對象技術也就應運而生。為了了解面向對象技術的誕生原因，我們下面來介紹幾種比較具有代表性的軟件技術。

2.1.1 匯編語言

匯編語言是軟件技術的開端，這種語言與機器語言非常接近，并且可以很容易地轉換為可執行代碼。使用匯編語言的程序員，必須了解計算機的詳細體系結構才能編寫程序。

2.1.2 程序語言

在匯編語言之后，開發了高級語言，可以使用語言的編譯器（如 gcc）將高級程序代碼轉換為機器指令。這樣程序員無需再深入了解計算機硬件的體系結構。為了提高代碼的可復用性并最大程度地減少 GOTO 指令的使用，引入了面向過程技術。雖然簡化了軟件流程控制的創建和維護，但是忽視了數據的組織。調試和維護許多全局變量的程序，變成了程序員的一場噩夢。

2.1.3 面向對象語言

在面向對象的語言中，數據被抽象地封裝在對象中。特定于對象中的數據只能通過該對象來進行訪問。這樣，程序就成為了對象之間的一系列交互。Java 語言就是一個純面向對象的語言。

2.2 跨平臺性

我們也許常常聽到一句口號 ——“一次編譯，到處執行（write once, run anywhere.）”，這里說的就是 Java 的跨平臺性，我們首先來看下在 c 或 c++ 中，代碼是如何在不同平臺運行的：

在 c 或 c++ 中，我們首先要將源代碼文件編譯為機器代碼文件，然后再去執行它。這個過程中，機器代碼文件必須在為其編譯的平臺才能執行（這里的平臺指的是 Windows、Linux、Mac OS 等），也就是說，我們的代碼如果希望在多個平臺執行，那就必須多次編譯程序。這不僅給程序員帶來了繁瑣的開發步驟（代碼稍做變更就要重新編譯整個程序），也給程序帶來了更大的漏洞風險。當代碼已經編譯為可執行文件時，這個可執行文件不能動態更改，此時需要更改代碼重新編譯，以替換舊的可執行文件。

我們來看看 Java 是如何做的吧：

Java 的思想是，將代碼編譯為中間語言，中間語言是字節碼，解釋器是 Java 虛擬機（JVM）。字節碼文件可以通用，JVM 是特定于平臺的。如下圖所示：

每一個平臺都需要一個 JVM ，這里 JVM 是實現 “到處執行” 的關鍵前提，所以，在 Java 中，我們只需要生成一個字節碼文件，就可以保證我們編寫的程序在任何平臺都能運行了。

2.3 標準化

在 Java 中，提供了大量的標準化庫，這保證了我們使用統一的接口對程序進行控制。

2.4 異常處理

異常處理的老方式是：讓每個函數返回一個錯誤代碼，調用者會檢查其返回的內容，這樣就導致了代碼中到處都是錯誤碼的校驗，從而讓源碼變得難以閱讀。

在異常處理的新方式中，函數或方法不再返回錯誤碼，而是以拋出異常的方式來進行異常處理，在 Java 中可以使用 catch 關鍵字來捕獲在 try 語句塊中所發生的異常。這樣我們無需頻繁通過定義錯誤代碼的方式處理異常，代碼可讀性大大提高。

2.5 動態類加載

在 Java 中，如果在執行階段不需要某個類，那么這個類就不會被編譯為字節碼。在網絡編程中，這個特性非常常用。當我們不知道將執行什么代碼時，程序可以從文件系統或遠端服務器加載類。

2.6 自動垃圾回收機制

在常規語言（例如 C 和 C++）中，程序員必須確保已分配的內存被釋放。防止造成內存泄漏的麻煩。

內存資源或緩沖區具有特定的操作模式以獲得最佳性能。一旦緩沖區中充滿了數據，就需要在不再使用其內容之后將其清除。如果程序員忘記清除其代碼中的內容，則內存很容易過載。Java 使用自動垃圾收集器來管理對象生命周期中的內存。程序員確定何時創建對象，一旦不再使用對象，Java 運行時將負責恢復內存。一旦沒有了對對象的引用，則垃圾回收器將自動釋放無法訪問的內存。

自動垃圾回收機制，讓使用 Java 編寫的代碼更加健壯，降低了內存泄漏和溢出的風險。程序員唯一需要注意的是對象創建的速度。如果應用程序創建對象的速度超過了垃圾收集器釋放對象的速度，則可能導致內存相關問題。

3. Java 的版本歷史

Java 的主要發行版本及其發行日期如下：

• JDK 1.0（1996 年 1 月 23 日）

• JDK 1.1（1996 年 2 月 19 日）

• J2SE 1.2（1998 年 12 月 8 日）

• J2SE 1.3（2000 年 5 月 8 日）

• J2SE 1.4（2002 年 2 月 6 日）

• J2SE 5.0（2004 年 9 月 30 日）

• Java SE 6（2006 年 12 月 11 日）

• Java SE 7（2011 年 7 月 28 日）

• Java SE 8（2014 年 3 月 18 日）

• Java SE 9（2017 年 9 月 21 日）

• Java SE 10（2018 年 3 月 20 日）

• Java SE 11（2018 年 9 月 25 日）

• Java SE 12（2019 年 3 月 19 日）

• Java SE 13（2019 年 9 月 17 日）

• Java SE 14（2020 年 3 月 17 日）

• Java SE 15（2020 年 9 月 15 日）

• Java SE 16（2021 年 3 月 16 日）

4. 名詞解釋

我們將在后續詳細介紹如何在不同平臺上安裝 Java，在安裝 Java 之前，我們需要理解兩個名詞，JDK 和 JRE：

• JRE：Java Runtime Environment （Java 運行時環境）

• JDK：Java Development Kit （Java 開發工具包）

以上兩個名詞是 Java 平臺的兩大重要軟件，他們分別可以幫助用戶運行和開發 Java 程序，JDK 是 JRE 的超集，包含 JRE 的所有內容，以及開發小程序和應用程序所需的工具，例如編譯器和調試器。

簡單來說，我們如果想要利用 Java 語言去開發應用程序，就要在我們的電腦上安裝 JDK。本教程使用最新版本的 Java 16。

5. 學習基礎

學習本教程，最好有一定的計算機基礎知識，熟悉計算機軟件的下載、安裝等。當然，如果你沒有任何基礎知識也不必擔心，本教程會盡量使用通俗易懂的語言來講解知識點。

6. 小結

在大多數人看來，Java 語言已經非常完美，但是，Java 語言并非沒有缺陷，Java 語言缺少硬件特定的數據類型，也沒有能夠指向任意地址的指針或編程方法之類的功能。盡管這些功能有可能被程序員誤用或濫用，但不得不承認它們是強大的工具。

在本節中，我們對 Java 語言的歷史以及主要特性有了一個初步的了解，小伙伴們是不是已經迫不及待，要更加深入了解 Java 了呢？那么在下一小節，我們將了解如何在自己的電腦上安裝 Java。