Java 基础是学习 JavaEE 、大数据 、Android 开发的基石！

本章重点

  • Java 语言的特点
  • Java 开发环境的搭建
  • 环境变量的配置
  • Java 的运行机制

  • [x] 入门案例的编写

    一、软件开发介绍

    1.1 软件开发

  • 软件，即一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。

  • 分类：

    • 系统软件。
    • 应用软件。

      1.2 人机交互方式

  • 图形化界面（GUI，Graphical User Interface）：这种方式简单直观，使用者易于接受，容易上手操作。

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  • 命令行方式（CLI，Command Line Interface）：需要有一个控制台，输入特定的指令，让计算机完成一些操作。较为麻烦，需要记住一些命令。

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二、计算机语言介绍

2.1 什么是计算机语言？

  • 语言：是人和人之间用于沟通的一种方式。例如：中国人和中国人之间用普通话沟通，而中国人和外国人之间用英语沟通。
  • 计算机语言：人和计算机交流的方式。
    • 如果人要和计算机交流，那么就要学习计算机语言。
    • 计算机语言有很多种，如：C 、C++ 、Java 、Python 等等。

2.2 计算机语言的分类

  • ① 第一代语言：机器语言，指令以二进制代码形式存在。
  • ② 第二代语言：汇编语言，借助助记符表示一条机器指令。

  • ③ 第三代语言：高级语言。

    • 面向过程的语言： C 、Pascal 、Fortran 、C++等。
    • 面向对象的语言： C++ 、Java 、Python 、Scala等。

      三、Java语言

      3.1. Java概述

  • Java 语言是 SUN（Stanford University Network，斯坦福大学网络公司）于 1995 年推出的一门高级编程语言

  • Java之父：詹姆斯·高斯林（James Gosling）

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  • 2009年，Sun公司被甲骨文公司收购，所以我们现在访问oracle官网即可：https://www.oracle.com
  • Java 语言是一种面向 Internet 的编程语言。Java 一开始富有吸引力是因为 Java 程序可以在 Web 浏览器中运行。这些 Java 程序被称为 Java 小程序（applet）。applet ~~使用现代的图形用户界面和 web 用户进行交互。applet ~~内嵌在 HTML 代码中，目前 ~~applet ~~已废弃。
  • 随着 Java 技术在 web 方面的不断成熟，已经成为 web 应用程序的首选开发语言。

3.2 Java 简史

  • 1991年，Green 项目，开发语言最初命名为 Oak (橡树)。
  • 1994年，开发组意识到 Oak 非常适合于互联网。
  • 1996年，发布 JDK 1.0，约8.3万个网页应用 Java 技术来制作。
  • 1997年，发布 JDK 1.1，JavaOne 会议召开，创当时全球同类会议规模之最。
  • 1998年，发布 JDK 1.2，同年发布企业平台 J2EE 。
  • 1999年，Java 分成 J2SE 、J2EE 和 J2ME ，JSP/Servlet 技术诞生。
  • **2004年，发布里程碑式版本：JDK1.5，为突出此版本的重要性，更名为JDK 5.0。**
  • 2005年，J2SE -> JavaSE ，J2EE -> JavaEE ，J2ME -> JavaME 。
  • 2009年，Oracle 公司收购 SUN ，交易价格74亿美元。
  • 2011年，发布 JDK 7.0。
  • **2014年，发布 JDK8.0，是继 JDK 5.0 以来变化最大的版本。**
  • 2017年，发布 JDK 9.0，最大限度实现模块化。
  • 2018年3月，发布 JDK10.0，版本号也称为 18.3。
  • 2018年9月，发布 JDK 11.0，版本号也称为 18.9。
  • 2019年3月JDK(12) ，2019年9月JDK(13)
  • 2020年3月JDK(14)， 2020年9月JDK(15)
  • 2021年3月JDK(16) ，**2021年9月JDK(17)**

    这么多版本，知道三个版本就可以了，这里标红了：JDK8，JDK11，JDK17。JDK8是企业用的最多的版本，JDK11和JDK17是后续长期支持更新的版本。

3.3 Java 技术体系平台

Java语言的三个版本：

  • JavaSE: Java 语言的（标准版），用于桌面应用的开发，是其他两个版本的基础

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  • JavaME: Java 语言的（小型版），用于嵌入式消费类电子设备

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  • JavaEE: Java 语言的（企业版），用于 Web 方向的网站开发

网站：通过跟后台服务器的交互，将查询到的真实数据再通过网页展示出来。
简单理解：网站 = 网页 + 后台服务器

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3.4 Java 在各领域的应用

  • 企业级应用：主要指复杂的大企业的软件系统、各种类型的网络。Java 的安全机制以及它的跨平台的优势，使得它在分布式系统领域开发中有广泛的应用。应用领域包括：金融、电信、交通、电子商务等。
  • Android 平台应用：Android 应用程序使用 Java 语言编写。Android 开发水平的高低很大程序上取决于 Java 语言核心能力是否扎实。
  • 大数据平台开发：各类框架有 Hadoop 、Spark 、Storm 、Flink 等，就这类技术生态圈来讲，还有各种中间件如：Flume 、Kafka 、Sqoop 等等，这些框架以及工具大多数是用 Java 编写而成的，但提供诸如 Java 、Scala 、Python 、R 等各种语言 API 供编程。
  • 移动终端应用：主要表现在消费和嵌入式领域，是指在各种小型设备上的应用，包括手机、PDA 、机顶盒、汽车通信设备等。

3.5 Java 语言的诞生

  • Java 之父 James Gosling 团队在开发 Green 项目时，发现 C 缺少垃圾回收系统，还有可移植的安全性、分布程序设计和多线程功能。最后，他们想要一种易于移植到各种设备上的平台。
  • Java 确实是从 C 语言和 C 语言继承了许多成份，甚至可以将 Java 看成是 类C语言 发展和衍生的产物。比如Java语言的变量声明，操作符形式，参数传递，流程控制等方面和 C 语言、C 语言完全相同。但同时，Java 是一个 纯粹的面向对象 的程序设计语言，它继承了 C++ 语言面向对象技术的核心。Java 舍弃了 C 语言中容易引起错误的指针（以引用取代）、运算符重载（operator overloading）、多重继承（以接口取代）等特性， 增加了垃圾回收器功能 用于回收不再被引用的对象所占据的内存空间。JDK 1.5 又引入了泛型编程（GenericProgramming）、类型安全的枚举、不定长参数和自动装/拆箱。

3.6 Java 语言的主要特性

  • **Java 语言是易学的** 。Java 语言的语法与 C 语言和 C++ 语言很接近，使得大多数程序员很容易学习和使用 Java 。
  • **Java 语言是强制面向对象的** 。Java 语言提供类、接口和继承等原语，为了简单起见，只支持类之间的单继承，但支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现机制（关键字为 implements ）。
  • **Java 语言是分布式的** 。Java 语言支持 Internet 应用的开发，在基本的 Java 应用编程接口中有一个网络应用编程接口（ java net ），它提供了用于网络应用编程的类库，包括 URL 、URLConnection 、Socket 、ServerSocket 等。Java 的 RMI（远程方法激活）机制也是开发分布式应用的重要手段。
  • **Java 语言是健壮的** 。Java 的强类型机制、异常处理、垃圾的自动收集等是 Java 程序健壮性的重要保证。对指针的丢弃是 Java 的明智选择。
  • **Java 语言是安全的** 。Java 通常被用在网络环境中，为此，Java 提供了一个安全机制以防恶意代码的攻击。如：安全防范机制（类 ClassLoader ），如分配不同的名字空间以防替代本地的同名类、字节代码检查。
  • **Java 语言是体系结构中立的** 。Java 程序（后缀为 .java 的文件）在 Java 平台上被编译为体系结构中立的字节码格式（后缀为 .class 的文件），然后可以在实现这个 Java 平台的任何系统中运行。
  • **Java 语言是解释型的** 。Java 程序在 Java 平台上被编译为字节码格式，然后可以在实现这个 Java 平台的任何系统的解释器中运行。
  • **Java 是性能略高的** 。与那些解释型的高级脚本语言相比，Java 的性能还是较优的。
  • **Java 语言是原生支持多线程的** 。在 Java 语言中，线程是一种特殊的对象，它必须由 Thread 类或其子（孙）类来创建。

四、Java 语言运行机制及运行过程

4.1 Java 语言的特点

  • ① 面向对象：
    • 两个基本概念：类、对象。
    • 三大特性：封装、继承、多态。
  • ② 健壮性：
    • 吸收了 C、C++ 语言的优点，去掉了其影响程序健壮性的部分（如指针、内存的申请和释放等），提供了一个相对安全的内存管理和访问机制。
  • ③ 跨平台性：
    • 跨平台性：通过 Java 语言编写的应用程序在不同的系统平台上都可以运行。
    • 原理：只要在需要运行 Java 应用程序的操作系统上，先安装一个 Java 虚拟机（ JVM ，Java Virtual Machine ）即可，由 JVM 来负责 Java 程序在该系统中的运行。

4.2 Java语言跨平台原理

Java程序并非是直接运行的，Java编译器将Java源程序编译成与平台无关的字节码文件(class文件)，然后由Java虚拟机（JVM）对字节码文件解释执行。所以在不同的操作系统下，只需安装不同的Java虚拟机即可实现java程序的跨平台。

不同版本虚拟机.jpg

4.3 Java 的两种核心机制

4.3.1 Java 虚拟机（Java Virtual Machine）

  • JVM 是一个虚拟的计算机，具有指令集并使用不同的存储区域。负责执行指令，管理数据、内存、寄存器。
  • 对于不同的平台，有不同的虚拟机。
  • 只有某平台提供了对应的 Java 虚拟机，Java 程序才可以在此平台上运行。
  • Java 虚拟机机制屏蔽了底层运行平台的差别，实现了“一次编译，到处运行”

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4.3.2 垃圾收集机制（Garbage Collection）

  • 不再使用的内存空间应回收—-垃圾回收。
    • 在 C 、C++ 等语言中，由程序员负责回收无用内存。
    • Java语言消除了程序员回收无用内存空间的责任：它提供一种系统级线程，跟踪存储空间的分配情况，并在 JVM 空间的时候，检查并释放那些可被释放的存储空间。
  • 垃圾回收在 Java 程序运行过程中自动进行，程序员无法精确控制和干预。

    Java 程序还会出现内存泄露和内存溢出问题。

五、Java 的环境搭建

5.1 什么是 JDK 、JRE ？

  • JVM（**Java Virtual Machine**），Java虚拟机
  • JDK（** Java Development Kit **，Java 开发工具包）：
    • JDK 是提供给Java开发人员使用的，其中包含了 Java 的开发工具，也包括了 JRE 。所以安装了 JDK ，就不用再单独安装 JRE 了。
    • 其中的开发工具：编译工具（**javac.exe **）和执行工具（ java.exe ）等。
  • JRE（ **Java Runtime Environment **，Java 运行环境）：
    • 包括Java虚拟机（ JVM ）和 Java 程序所需要的核心类库等。
    • 如果想要运行一个开发好的 Java 程序，计算机中只需要安装JRE即可。
  • 简而言之，使用 JDK 的开发工具完成的 Java 程序，交给 JRE 去运行。

5.2 JDK、JRE和JVM的关系

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  • JDK = JRE + 开发工具集（如：javac 编译工具等）。
  • JRE = JVM + Java SE 标准类库。

5.3 下载并安装JDK

注意：针对不同的操作系统，需要下载对应版本的JDK, Linux的JDK后缀为gz。

5.3.1 安装

傻瓜式安装，下一步即可。但默认的安装路径是在C:\Program Files下，为方便统一管理建议修改安装路径，将与开发相关的软件都安装到一个目录下，例如：E:\develop。

注意：安装路径不要包含中文或者空格等特殊字符（使用纯英文目录）。

5.3.2 JDK 1.8 的安装目录介绍

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目录名称 说明
bin 该路径下存放了JDK的各种工具命令。javac和java就放在这个目录。
conf 该路径下存放了JDK的相关配置文件。
include 该路径下存放了一些平台特定的头文件。
jmods 该路径下存放了JDK的各种模块。
legal 该路径下存放了JDK各模块的授权文档。
lib 该路径下存放了JDK工具的一些补充JAR包。

5.3.3 配置环境变量

  • 以 win10 系统下的 Java 环境变量配置为例进行说明。
  • 右键点击 此电脑 ，选择 属性 项。

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  • 点击 高级系统设置 ，在弹出的系统属性框中，选择 高级 选项卡（默认即显示该选项卡），点击 环境变量 。

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  • 在弹出的 环境变量 框，中选择下方的系统变量，点击新建。

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  • 在弹出的 新建系统变量 框中，输入变量名和变量值，点击确定。
  • 变量名为：JAVA_HOME

  • 变量值为 JDK 的安装路径，到 bin 目录的上一层即可。比如 E:\Develop\Java\jdk1.8.0_221 。

    注意：为防止路径输入错误，可以打开文件夹，拷贝路径。

  • 然后选中 系统变量 中的 Path 变量，点击 编辑 按钮，将刚才创建的 JAVA_HOME 变量添加到 Path 变量中。

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  • 在弹出的 编辑系统变量 框中，点击 新建 ，输入 %JAVA_HOME%\bin 。

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注意：Path很重，千万不要把里面东西都删除或者直接删除整个Path

  • 至此，Java 环境变量配置完毕，打开命令行窗口，验证配置是否成功。
  • 如果之前已经打开命令行窗口，需要关闭重新启动才可。在非 JDK 安装的 bin 目录下，输入 java 或者 javac 命令，查看效果。

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5.3.4 为什么配置环境变量

开发Java程序，需要使用JDK提供的开发工具（比如javac.exe、java.exe等命令），而这些工具在JDK的安装目录的bin目录下，如果不配置环境变量，那么这些命令只可以在该目录下执行。我们不可能把所有的java文件都放到JDK的bin目录下，所以配置环境变量的作用就是可以使bin目录下的java相关命令可以在任意目录下使用。

5.3.5 JDK安装可能遇见的问题

1、jdk11 已解压，环境变量正确配置，但是不能运行创建命令

  1. <JAVA_HOME>/lib/ext exists, extensions mechanism no longer supported; Use -classpath instead.
  2. .Error: Could not create the Java Virtual Machine.
  3. Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.

解决：进入 lib目录，将ext文件夹删除

六、 第一个入门程序 HelloWorld

6.1 常用DOS命令

在接触集成开发环境之前，我们需要使用命令行窗口对java程序进行编译和运行，所以需要知道一些常用DOS命令。

1、打开命令行窗口的方式：win + r打开运行窗口，输入cmd，回车。

2、常用命令及其作用

操作 说明
盘符名称 : 盘符切换。E:回车，表示切换到E盘。
dir 查看当前路径下的内容。
cd 目录 进入单级目录。cd lxyk
cd .. 回退到上一级目录。
cd 目录1\目录2… 进入多级目录。cd lxyk\FrontProjects
cd \ 回退到盘符目录。
cls 清屏。
exit 退出命令提示符窗口。
ping 测试当前网络状态
ipconfig 查看网络信息

6.2 HelloWorld案例

HelloWorld案例是指在计算机屏幕上输出“HelloWorld”这行文字。
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各种计算机语言都习惯使用该案例作为第一个演示案例。

6.2.1 Java程序开发运行流程

开发Java程序，需要三个步骤：

  • ① 将 Java 代码编写到扩展名为 .java 的文件中。
  • ② 通过 javac 命令对该 Java 文件进行 编译 。
  • ③ 通过 java 命令对生成的 class 文件进行 运行 。

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6.2.2 HelloWorld案例的编写

1、新建文本文档文件，修改名称为HelloWorld.java。
2、用记事本打开HelloWorld.java文件，输写程序内容。

  1. public class HelloWorld {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         System.out.println("HelloWorld");
  4.     }
  5. }

注意：
文件的后缀名决定了文件的类型

  • 文件后缀名是**.java**，文件类型是java文件；避免出现 HelloWorld.java.txt这样的txt文件

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  • 文件名和代码中类名一致

6.3.3 HelloWorld案例的编译和运行

保存文件，打开命令行窗口，将目录切换至java文件所在目录，编译java文件生成class文件，运行class文件。

想要编译这个java文件，得先到对应的目录下找到文件才能编译；

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编译：javac 文件名.java 范例：javac HelloWorld.java

执行：java 类名 范例：java HelloWorld

6.2.4 HelloWorld案例详解

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6.2.4.1 Java 程序的结构和格式

类{
    方法{
        语句;
    }
}
  • 格式：
    • 每一级缩进一个 tab 键。
    • {} 的左半部分在行尾，右半部分单独一行，和它成对的 { 的行首对齐。

6.3 HelloWorld案例常见问题

6.3.1 BUG

在电脑系统或程序中，隐藏着的一些未被发现的缺陷或问题统称为bug（漏洞）。

6.3.2 BUG的解决

1、具备识别BUG的能力：多看
2、具备分析BUG的能力：多思考，多查资料
3、具备解决BUG的能力：多尝试，多总结

6.3.3 HelloWorld案例常见

1、非法字符问题。Java中的符号都是英文格式的。
2、大小写问题。Java语言对大小写敏感（区分大小写）。
3、在系统中显示文件的扩展名，避免出现HelloWorld.java.txt文件。
4、编译命令后的java文件名需要带文件后缀.java
5、运行命令后的class文件名（类名）不带文件后缀
6、编码问题，文件编码
7、语法问题，括号没有成对出现
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6.3.4 编写 Java 程序时应该注意的问题

6.3.4.1 编码和解码

  • 编码过程：字符根据编码表转换为二进制的数值。
  • 解码过程：将二进制数值根据编码表转换为字符。
  • 乱码：编码和解码过程中使用的字符集不一致。

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6.3.4.2 大小写问题

名称 含义 作用 类的数量
源文件 xxx.java 写代码的地方 可以写多个类
字节码文件 xxx.class 在JVM上运行的 只包含一个类
  • 源文件名：不区分大小写，但是建议区分。
  • 字节码文件名和类名：区分大小写。
  • 代码中：区分大小写。

6.3.4.3 源文件名和类名一致问题

  • ① 源文件名是否必须和类名一致？public ？
    • 如果这个类不是 public 的，那么源文件名可以和类名不一致。
    • 如果这个类是 public 的，那么源文件名必须和类名一致。
    • 建议 ：不管是否是 public 的，都要和源文件名保持一致，而且一个源文件尽量只写一个类，目的是为了好维护。
  • ② 一个源文件中是否可以有多个类，public ？
    • 一个源文件中可以有多个类，编译后会生成多个 .class 字节码文件。
    • 但是一个源文件中只能有一个 public 的类。
  • ③ main 必须在 public 的类中吗？
    • 不是。

七、开发工具之—Notepad++

7.1.1 什么要使用Notepad++软件

Notepad功能比windows中的自带记事本功能强大，除了可以用来制作一般的纯文字说明文件，也十分适合编写计算机程序代码。Notepad有行号，能够快速定位问题位置，还有语法高亮度显示、代码折叠等功能。而且它是免费的。

7.1.2 Notepad++软件的安装和使用

安装：傻瓜式安装，一直下一步即可。建议也安装到统一的开发软件目录下，比如E:\develop。

7.1.3Notepad++软件配置

安装完毕之后，为了使用方便，做一个简单的配置：修改默认语言和编码。
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八、开发工具之— IDEA

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