JavaSE 基础学习之一 —— Java 的简介

作者: 琦小虾 | 来源:发表于2018-05-23 19:09 被阅读0次

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：

1-01.png

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：

1-02.png

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；
扩展类加载器 (Extension ClassLoader)：
- 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；
应用类加载器 (Application ClassLoader)：
- 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。

下一章：《JavaSE 基础学习之二 —— Java 的部分基本语法》

JavaSE 基础学习之一 —— Java 的简介

一. Java 的简介

1. 安装 JDK

2. JDK 目录简述

3. JVM

4. Java 程序的运行

5. 类加载器

6. 开发工具的选择

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