java基础概念解析



目录

一、Java的特点

1. 面向对象：

2. 平台无关性：

3. 自动内存管理：

4. 强类型语言：

5. 丰富的标准库：

6. 多线程支持：

7. 安全性：

二、Java的组成部分

1. Java语言：

2. Java编译器：

3. Java虚拟机（JVM）：

4. Java标准库（Java API）：

三、Java的应用场景

1. Web应用开发：

2. 企业级应用：

3. 移动应用开发：

4. 桌面应用程序：

5. 嵌入式系统和物联网：

6. 大数据和云计算：

四、Java的发展历史

1. 起源（1991-1995）

2. 初期成功和标准化（1996-1999）

3. 广泛应用（2000-2009）

4. Oracle收购和开源（2010-2020）

5. 快速迭代与现代化（2020至今）

6. 未来展望

五. JDK跨平台原理

1. 编译与解释机制

2. Java虚拟机（JVM）

3. Java API

4. 平台的实现细节

5. Java的跨平台例证

6. 总结

六.JDK&JRE&JVM之间的关系

1. JDK:

2. JRE:

3. JVM:

一、Java的特点

1. 面向对象：

• Java是一种面向对象的编程语言，支持封装、继承和多态等特性。这些特性有助于提高软件的可维护性和可重用性。

2. 平台无关性：

• Java实现了“写一次，处处运行”（WORA）的理念。Java代码（源代码）在编译后生成字节码，这些字节码可以在任何安装了Java虚拟机（JVM）的操作系统上运行，而无需进行重新编译。

3. 自动内存管理：

• Java具有垃圾回收机制（Garbage Collection），可以自动管理内存的分配和释放，减少内存泄漏和相关问题。

4. 强类型语言：

• Java是强类型语言，要求变量在使用之前必须声明类型，有助于在编译时捕获错误，从而提高代码的安全性和稳定性。

5. 丰富的标准库：

• Java提供了大型的标准库（Java API），涵盖数据结构、网络编程、输入输出、图形用户界面、数据库连接等多种功能，方便开发者快速构建应用。

6. 多线程支持：

• Java支持多线程编程，可以轻松创建并发应用程序，利用多核处理器的计算能力，提高程序的性能和响应速度。

7. 安全性：

• Java具有安全的执行环境和丰富的安全功能，包括字节码验证、沙盒执行等机制，适合开发需要高安全性的应用程序，如金融、医疗等领域。

二、Java的组成部分

1. Java语言：

• 是Java的核心部分，用于编写Java应用程序。提供了丰富的语法和语言特性。

2. Java编译器：

• 将Java源代码编译为字节码。Java编译器通常是javac命令工具，会生成.class文件，这些文件包含Java字节码。

3. Java虚拟机（JVM）：

• 运行Java字节码的环境，JVM将字节码转化为机器代码，使Java程序可以在不同的平台上运行。不同平台有不同的JVM实现，但都会遵循Java虚拟机规范。

4. Java标准库（Java API）：

• 提供了一系列功能丰富的类和接口，供开发者使用，包括java.util、java.io、java.net等包，涵盖了数据结构、网络、文件操作等。

三、Java的应用场景

1. Web应用开发：

• Java常用于开发动态Web应用，使用Java Servlet和JavaServer Pages（JSP）、Spring等框架来处理后端业务逻辑。

2. 企业级应用：

• Java EE（现称Jakarta EE）是用于构建企业级应用的标准平台，支持分布式系统、事务管理等功能。

3. 移动应用开发：

• Android操作系统使用Java作为主要编程语言之一，开发Android应用程序可使用Java语言编写业务逻辑。

4. 桌面应用程序：

• 使用Java Swing、JavaFX等库可开发图形用户界面（GUI）的桌面应用程序。

5. 嵌入式系统和物联网：

• Java也可以用于开发嵌入式设备和物联网应用，适合需要网络连接和实时处理的场景。

6. 大数据和云计算：

• Java在大数据技术（如Apache Hadoop、Apache Spark）中广泛使用，也用于云计算平台的后端开发。

四、Java的发展历史

1. 起源（1991-1995）

• 1991年：James Gosling、Mike Sheridan及Patricia Weston等人在Sun Microsystems开始开发一种名为“Green”的项目，旨在为当时的家用电器和嵌入式设备创建一种新语言。这项工作最终演变成了Java。
• 1995年：Sun Microsystems在1995年5月23日正式发布Java 1.0。Java语言被宣传为“写一次，处处运行”（Write Once, Run Anywhere, WORA），其跨平台能力引起了广泛关注。同年，Java得到了广泛应用，包括用于Web开发的Applets。

2. 初期成功和标准化（1996-1999）

• Java 1.1（1997年）：添加了对内存管理、国际化和事件监听等功能的支持，进一步提高了Java在企业和Web环境中的吸引力。
• Java 2（1998年）：推出了Java 2（J2SE 1.2），引入了许多新特性，如Swing图形用户界面(GUI)组件、Java Collections Framework和Java 2D API。Java 2还支持大规模的企业级应用开发。
• 1998年：Java成为了“Java Community Process”（JCP），这使得Java的标准化过程更加开放，开发者和公司可以提出建议和改进。

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3. 广泛应用（2000-2009）

• Java 5（2004年）：引入了泛型、注解（Annotations）、枚举（Enums）和并发API等特性，这些新特性极大地提高了Java的功能性和灵活性。
• Java EE（Enterprise Edition）：Java企业级平台持续发展，包括EJB（Enterprise JavaBeans）、JPA（Java Persistence API）和Servlet等技术，使得Java成为构建企业级应用程序的主要选择。
• Java 6（2006年）：新增了对编写Web服务的直接支持、集成编程模型等特性，并提升了性能和安全性。
• Java 7（2011年）：引进了新的语言特性（如“菱形操作符”和try-with-resources语句），改善了异常处理，并增强了对字符串的处理。

4. Oracle收购和开源（2010-2020）

• 2010年：Oracle收购了Sun Microsystems，随之而来的是对Java的管理权转移。与此同时，Oracle承诺继续支持Java的发展。
• Java 8（2014年）：是Java历史上最重要的版本之一，加入了Lambda表达式、Stream API和新的日期和时间API（java.time）。这些新特性极大地改善了Java的性能和开发体验。
• Java 9（2017年）：引入了模块系统（Project Jigsaw），使得Java平台的构建和维护变得更加灵活。

5. 快速迭代与现代化（2020至今）

• Java 10（2018年）和Java 11（2018年）：Java 10引入了局部变量类型推断（var关键字），而Java 11成为LTS版本（长期支持版本），带来了许多新特性和API改进。
• Java 12（2019年）到Java 17（2021年）：Java引入了新特性，如Switch表达式、文本块（Text Blocks）、sealed类等。Java 17是下一个LTS版本，进一步增强了语言的功能和安全性。
• 快速发布周期：自Java 9起，Oracle实施了快速发布周期，每六个月发布一次新版本，使得开发者能够更快地获得新特性和改进。

6. 未来展望

随着云计算、移动应用和大数据的兴起，Java仍然在许多领域保持相关性。开发者社区也在持续推动Java的演进，例如关注编程语言多样性、框架的现代化（如Spring Boot的广泛应用）等。Java还在积极适应现代软件开发方法，如微服务架构、云原生应用开发等。

总的来说，Java经历了一系列重要的发展阶段，始终保持在软件开发领域的前沿，其强大的功能和健壮的生态系统使得它仍然是开发人员的热门选择。

五. JDK跨平台原理

Java的跨平台性是其核心特性之一，主要得益于Java的设计理念和内部架构。下面是Java平台无关性（跨平台能力）的详细原理与实现方式。

1. 编译与解释机制

Java源代码在开发者完成编码后，会经过编译器（）处理，将Java源代码翻译成字节码（文件）。字节码是一种中间表示，不是针对特定硬件的机器码，这种中间形式是Java跨平台性的重要基础。

• 源代码（.java文件）：开发者编写的Java源代码。
• 字节码（.class文件）：由Java编译器生成的一种中间代码，与平台无关。

2. Java虚拟机（JVM）

Java字节码的执行依赖于Java虚拟机（JVM），它是Java的运行时环境，负责将字节码转换为相关平台的机器码，从而使Java程序能够在不同的平台上运行。

• JVM的职责：

• • 字节码验证：在运行之前，JVM会验证字节码，以确保其遵循Java的安全性规则，防止运行恶意代码。
  • 解释与即时编译：JVM可以以解释的方式逐行执行字节码，但现代JVM通常还具备即时编译（Just-In-Time Compilation, JIT）的能力，将经常执行的字节码转换成机器码，提升执行效率。
  • 内存管理：JVM具备垃圾回收（GC）机制，自动管理内存的分配与回收。

总结：由于JVM的存在，Java程序得以在任何安装了相应JVM的操作系统上运行，确保了Java的“写一次，处处运行”（WORA）特性。

3. Java API

Java还提供了丰富的标准库（Java API），这些库通过抽象出操作系统相关功能提供一组统一的接口，确保开发者可以使用一致的方式访问操作系统特性。这些API大大降低了操作系统之间的差异。例如，处理文件、网络、图形界面的方法都被封装在Java标准库中，开发者无需关心底层的实现细节。

4. 平台的实现细节

每种操作系统上都有符合Java标准的JVM实现（如Oracle JDK、OpenJDK、IBM J9等）。这些JVM负责不同平台的特定实现细节，如底层的系统调用、资源管理等。

• 不同平台的JVM实现虽然在底层详细不同，但它们共享相同的Java规范，因此开发者编写的Java程序在不同操作系统上的行为是一致的。

5. Java的跨平台例证

实际上，Java的跨平台性在多个应用领域表现得淋漓尽致：

• Web应用：Java Web服务器（如Apache Tomcat）允许用户通过浏览器访问相同的Java Web应用，而不论服务器和客户端的操作系统是什么。
• 移动端应用：Android应用主要使用Java进行开发，然而Android自带的Java API和运行环境使得应用在Android系统上能够跨设备运行。
• 企业级应用：Java EE（现Jakarta EE）提供了企业级功能，如EJB（Enterprise JavaBeans）和JPA（Java Persistence API），可以在不同的服务器上无缝部署。

6. 总结

Java的跨平台性主要基于以下几个原则：

1. 字节码的中立性：Java源代码被编译成平台无关的字节码，为在不同系统上运行提供了基础。
2. JVM的作用：JVM充当了平台与Java应用之间的桥梁，负责将字节码转换为具体平台的机器码。
3. 统一的API：Java提供了统一的API，屏蔽了不同操作系统之间的差异，使得开发者可以用同样的方式调用系统功能。

通过这些机制，Java能够实现跨平台能力，使得开发者在不同操作系统和平台上只需要编写一次代码，就能在各种环境中运行。这种特性使Java成为了一个非常流行和广泛使用的编程语言。

六.JDK&JRE&JVM之间的关系

1. JDK:

java development kit, java开发工具包，针对开发者，里面主要包含了jre, jvm, jdk源码包，以及bin文件夹下用于开发，编译运行的一些指令器。

2. JRE:

java runtime environment, java运行时环境，针对java用户，也就是拥有可运行的.class文件包（jar或者war）的用户。里面主要包含了jvm和java运行时基本类库（rt.jar）。rt.jar可以简单粗暴地理解为：它就是java源码编译成的jar包（解压出来看一下），用eclipse开发时，当你ctrl点击发现不能跳转到源文件时，需要把rt.jar对应的源码包加进来，而这里的源码包正是jdk文件夹下的src.zip。

3. JVM:

就是我们常说的java虚拟机，它是整个java实现跨平台的最核心的部分，所有的java程序会首先被编译为.class的类文件，这种类文件可以在虚拟机上执行。

也就是说class并不直接与机器的操作系统相对应，而是经过虚拟机间接与操作系统交互，由虚拟机将程序解释给本地系统执行。

只有JVM还不能成class的执行，因为在解释class的时候JVM需要调用解释所需要的类库lib，而jre包含lib类库。

JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。

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