JavaSE 基础学习之一 —— Java 的简介

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一. Java 的简介

1. 安装 JDK

JDK 是 Java 语言的软件开发工具包，主要用于移动设备、嵌入式设备上的 java 应用程序。JDK 是整个 java 开发的核心，它包含了 JAVA 的运行环境（ JVM + Java 系统类库）和 JAVA 工具。——摘自百度百科

在 Sun 公司的官网上选择适应的 Java 版本，笔者写文章时，Java 已经出到了 Java 10 版本，不过笔者用的是 JDK1.8 版本。

选择好 JDK 版本，也要选择对应的系统版本。笔者用的是 Mac 电脑，所以选择了 Mac 版本的 JDK 1.8。如果是 Windows 版本，需要在安装后将环境变量 JAVA_HOME 配置一下，即配置为 JDK 的安装目录，并在系统环境变量中，将 JAVA_HOME 路径下的 /bin 目录设置为环境变量，这样就可以直接在 cmd 窗口中直接使用 java 的工具集。

关于 JDK 在 Windows 系统环境变量的设置，基本如上所简述，此处省略不再叙述。

2. JDK 目录简述

安装了 JDK 后，可以观察一下 JDK 安装目录下的内容。笔者在自己的 Mac 上安装了 jdk1.8 版本，所以为路径 /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_171.jdk/Contents/Home。如果是 Windows 系统，默认安装路径应该为 C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_171。看到有目录如下图：

该路径下有很多内容，但需要注意的几个文件与路径如下所示：

• bin 目录：

- 非常多的 java 小工具集
- **javac（编译工具）**
- **java（运行工具）**
- 以后需要关注的小工具集 

    - Jmap / jstate / jhat / jstack / jconsole 等src.zip 压缩包： 

- Java 是一门开源的语言，它提供的类的源代码都在 src 压缩包内jre 

- 即 JAVA 运行时环境，包含 jvm, 类加载器等重要内容

3. JVM

JVM，即 Java Virtual Machine，Java 虚拟机。Java 程序的跨平台特性主要是指字节码文件可以在任何具有 Java 虚拟机的计算机或者电子设备上运行，Java 虚拟机中的 Java 解释器（即 bin 目录下的 java.exe）负责将字节码文件解释成为特定的机器码进行运行。因此在运行时，Java 源程序需要通过编译器（即 bin 目录下的 javac.exe）编译成为.class文件。

在 Windows 系统下，java.exe 是 java class 文件的执行程序，但实际上 java.exe 程序只是一个执行的外壳，它会装载 jvm.dll（linux 下装载 libjvm.so），这个动态连接库才是 java 虚拟机的实际操作处理所在。

JVM 是 JRE 的一部分。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。JVM 有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java 语言最重要的特点就是跨平台运行。使用 JVM 就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台。所以，JAVA 虚拟机 JVM 是属于 JRE 的，而现在我们安装 JDK 时也附带安装了 JRE （当然也可以单独安装 JRE）。

关于 JVM 的运行原理，笔者现在还没有进行仔细研究，以后有机会再写博客分享吧。

参考地址：

《Java程序编译和运行的过程》——邱明成

《什么是jvm?》——stanlee的博客

4. Java 程序的运行

Java 程序从源文件创建到程序运行要经过两大步骤：

• 源文件由编译器编译成字节码 (ByteCode)；
• 字节码由 Java 虚拟机解释运行；因为 java 程序既要编译，同时也要经过 JVM 的解释运行，所以说 Java 被称为半解释语言。

第一步，编译: 创建完源文件之后，程序会先被编译为 *.class 文件。Java 编译一个类时，如果这个类所依赖的类还没有被编译，编译器就会先编译这个被依赖的类，然后引用，否则直接引用，这个有点像 make。如果 java 编译器在指定目录下找不到该类所其依赖的类的 *.class 文件或者 *.java 源文件的话，编译器话报 “cant find symbol” 的错误。

第二步，运行：Java 类运行的过程大概可分为两个过程：类的加载与类的执行。需要说明的是：JVM 主要在程序第一次主动使用类的时候，才会去加载该类。也就是说，JVM 是到不得不用的时候才把它加载进来，而且只加载一次，而并不是在一开始就把一个程序就所有的类都加载到内存中。

Java 程序通常是通过 java 命令运行的，java 命令就是 JDK 安装目录下 /bin/java 命令，它是 Java 的解释器。如果有一个类命名与路径为 /Users/upcautolang/Program/JavaTest.java 且源码如下所示：

package com.stopTalking.test;
public class JavaTest {
    public static void main(String[] args) {
        byte a = 5; 
        short b = 6; 
        System.out.println("JavacTest [a=" + a + ", b=" + b +  "]"); 
    }        
}

在 /Users/upcautolang/Program 路径下，输入指令：

javac -d ./ ./JavaTest.java

则在当前目录下生成一个 JavaTest.class 文件如下图所示：

生成的 .class 文件在当前路径下 com/stopTalking/test 目录下。之后就可以调用 Java 解释器运行 Java 程序。Java 解释器即为 JDK 的 bin 目录下的 java 程序。命令如下：

java com/stopTalking/test/JavaTest

需要注意的是，在之前的 Java 程序中，我们定义了包：package com.stopTalking.test，而使用 Java 指令运行程序时是需要指定包名的。如果对于该例使用错误的指令 java JavaTest 的话，则会出现如下错误：

错误: 找不到或无法加载主类 ..JavaTest.class
原因: java.lang.ClassNotFoundException: //JavaTest/class
gengruiqideMBP:Program upcautolang$ java com/stopTalking/test/JavaTest.class 
错误: 找不到或无法加载主类 com.stopTalking.test.JavaTest.class
原因: java.lang.ClassNotFoundException: com.stopTalking.test.JavaTest.class

关于寻找类的路径，一般不直接系统中去配置，而是根据需要灵活配置。默认的环境变量是当前目录。这里就需要了解类加载器的工作机制。Java 中要使用的类，都是通过类加载器来加载的。

注：

• Java 通常的习惯是把类名作为文件名，即一个类写一个文件，在本例中就是 JavaTest 类对应了 JavaTest.java 文件。如果类名与文件名不一样的话，则会出现类似于： “错误: 类 JavacTest 是公共的, 应在名为 JavacTest.java 的文件中声明 public class JavacTest {“ 的错误声明。
• Java 中通常可以将类声明为 public，这种情况下，类名必须是文件名，而且一个文件中，只能有一个 public 的类

参考地址：《windows命令行中java和javac、javap使用详解(java编译命令)》

5. 类加载器

Java 类的加载是由 JVM 来完成的，JVM 把描述类的 .class 文件加载到内存，并对数据进行校验、解析和初始化，最终形成能被 JVM 直接使用的 java 类型，这就是 Java 虚拟机的类加载机制，用来完成上述功能的就是类加载器的作用。

类加载器读取 .class 字节码文件，将其转换成 java.lang.Class类的一个实例，每个实例用来表示一个 java 类，通过该实例的newInstance()方法可以创建出一个该类的对象。

• 根类加载器 (Bootstrap ClassLoader)：

- 负责将 jre/lib/rt.jar 中的类加载到虚拟机内存中，用来加载 Java 的核心库，所有的 jdk 提供的类，都打包在这里；
- 根类加载器并不继承于 java.lang.ClassLoader，不能直接被 java 程序直接调用，它的代码是用 C++ 编写的，属于虚拟机自身的一部分；
- 编译产生 .class，打包产生 .jar 文件；

- 负责加载 jre/lib/ext/\*.jar 中的类；
- 用来加载 java 的扩展库，开发者可以直接使用这个类加载器；

- 负责加载用户类路径（即 classpath 变量路径）下的类；
- 一般我们编写的 java 类都是这个类加载器加载的，这个类加载器是 ClassLoader 中的 getSystemClassLoader() 方法的返回值，所以也被称为**系统类加载器**；
- 一般情况下，应用类加载器就是系统默认的类加载器；

除此之外，我们也可以加入自己定义的类加载器。如果要满足特殊的需求，需要继承java.lang.ClassLoader 类。

类加载器有一定的顺序：首先从根类加载器中加载类，没有的话才会去扩展类加载器加载，最后在应用类加载器中加载；

问：自己写一个 java.lang.String 类有用吗？ 答：没用。因为一般会写在 classpath 下，然而加载 java.lang.String 时，首先已经在根类加载器中就加载完毕，不会进入 classpath 下的自定义 String 类。

注：

可以了解一下 OSGi (Open Service Gateway Initiative) 技术，它是 Java 动态化模块化系统的一系列规范。但笔者现在的理解能力还不达不到，以后有机会再了解吧……

详细参考地址：

《深入理解Java类加载器(ClassLoader)》——zejian

《java笔记–理解java类加载器以及ClassLoader类》——醉眼识朦胧

6. 开发工具的选择

Java 在市面上有很多开发工具，比较流行的是 Eclipse 和 Idea。笔者进入部门之后使用的是 Idea，不过在培训时期用的还是 Eclipse。该系列笔记也是以 Eclipse 为基础进行开发。

去官网下载对应的 javaEE 版本的 eclipse，安装后新建工程也很简单，选择 File 菜单，New -> Project -> Java Project，然后填写项目名称，Finish，就建立起了一个新的 Java 项目。

接下篇：《JavaSE 的学习之路（二）—— Java 的基本特性》