【菜鸟Java】Java历史简介

Java简介

Java是一种计算机编程语言,拥有跨平台、面向对象、泛型编程的特性,广泛应用于企业级Web应用开发和移动应用开发。


  • 1991 年Sun公司的James Gosling等人开始开发名称为 Oak 的语言。希望用于控制嵌入在有线电视交换盒、PDA等的微处理器

  • 1994年将Oak语言更名为Java

  • 1998年JDK1.2时,更名为Java 2 Platform
     分为标准版J2SE,企业版J2EE,微型版J2ME

  • Java 既安全、可移植,又可跨平台,而且人们发现它能够解决Internet 上的大型应用问题

  • Internet使Java成为网上最流行的编程语言

  • Java对Internet的影响也意义深远

  • B/S的兴起 & C/S的没落


任职于太阳微系统的詹姆斯•高斯林等人于1990年代初开发Java语言的雏形,最初被命名为Oak,目标设置在家用电器等小型系统的程序语言,应用在电视机、电话、闹钟、烤面包机等家用电器的控制和通信。由于这些智能化家电的市场需求没有预期的高,Sun公司放弃了该项计划。随着1990年代互联网的发展,Sun公司看见Oak在互联网上应用的前景,于是改造了Oak,于1995年5月以Java的名称正式发布。Java伴随着互联网的迅猛发展而发展,逐渐成为重要的网络编程语言。


Java编程语言的风格十分接近C++语言。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,改以引用替换,同时移除原C++与原来运算符重载,也移除多重继承特性,改用接口替换,增加垃圾回收器功能。在Java SE 1.5版本中引入了泛型编程、类型安全的枚举、不定长参数和自动装/拆箱特性。太阳微系统对Java语言的解释是:“Java编程语言是个简单、面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和动态的语言。”


Java不同于一般的编译语言或直译语言。它首先将源代码编译成字节码,然后依赖各种不同平台上的虚拟机来解释执行字节码,从而实现了“一次编写,到处运行”的跨平台特性。在早期JVM中,这在一定程度上降低了Java程序的运行效率。但在J2SE1.4.2发布后,Java的运行速度有了大幅提升。


与传统型态不同,Sun公司在推出Java时就将其作为开放的技术。全球数以万计的Java开发公司被要求所设计的Java软件必须相互兼容。“Java语言靠群体的力量而非公司的力量”是 Sun公司的口号之一,并获得了广大软件开发商的认同。这与微软公司所倡导的注重精英和封闭式的模式完全不同,此外,微软公司后来推出了与之竞争的.NET平台以及模仿Java的C#语言。后来Sun公司被甲骨文公司并购,Java也随之成为甲骨文公司的产品。


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Java语言之父-詹姆斯•高斯林


语言特性


Java之所以被开发,是要达到以下五个目的:

  • 应当使用面向对象程序设计方法学

  • 应当允许同一程序在不同的计算机平台执行

  • 应当包括内建的对计算机网络的支持

  • 应当被设计成安全地执行远端代码

  • 应当易于使用,并借鉴以前那些面向对象语言(如C++)的长处。

Java技术主要分成几个部分:Java语言Java运行环境类库。一般情况下说Java时并不区分指的是哪个部分。

Java在1.5版本时,做了重大改变,太阳公司并1.5版本重命名为Java 5.0。


面向对象


Java的特点之一就是面向对象, 是程序设计方法的一种。“面向对象程序设计语言”的核心之一就是开发者在设计软件的时候可以使用自定义的类型和关联操作。代码和数据的实际集合体叫做“对 象”。一个对象可以想象成绑定了很多“行为(代码)”和“状态(数据)”的物体。对于数据结构的改变需要和代码进行通信然后操作,反之亦然。面向对象设计 让大型软件工程的计划和设计变得更容易管理,能增强工程的健康度,减少失败工程的数量。


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跨平台性


Java语言的第二个特性就是跨平台性,也就是说使用Java语言编写的程序可以在编译后不用经过任何更改,就能在任何硬件设备条件下运行。这个特性经常被称为“一次编译,到处运行”。


执行Java应用程序必须安装Java Runtime Environment(JRE),JRE内部有一个Java虚拟机(Java Virtual Machine,JVM)以及一些标准的类库(Class Library)。通过JVM才能在电脑系统执行Java应用程序(Java Application),这与.Net Framework的情况一样,所以电脑上没有安装JVM,那么这些程序将不能够执行。


实现跨平台性的方法是大多数编译器在进行Java语言程序的编码时候会生成一个用字节码写成的“半成品”,这个“半成品”会在Java虚拟机(解释层)的帮助下运行,虚拟机会把它转换成当前所处硬件平台的原始代码。之后,Java虚拟机会打开标准库,进行数据(图片、线程和网络)的访问工作。主要注意的是,尽管已经存在一个进行代码翻译的解释层,有些时候Java的字节码代码还是会被JIT编译器进行二次编译。


有些编译器,比如GCJ,可以自动生成原始代码而不需要解释层。但是这些编译器所生成的代码只能应用于特定平台。并且GCJ目前只支持部分的Java API。


甲骨文公司对于Java的许可是“全兼容的”,这也导致了微软和升阳关于微软的程序不支持RMI和JNI接口、并且增加特性为己所用的法律争端。升阳最终赢得了官司,获得了大约两千万美元的赔偿,法院强制要求微软执行升阳公司关于Java的许可要求。作为回应,微软不再在Windows系统中捆绑Java,最新的Windows版本,Windows Vista和Internet Explorer 7.0版本也不再提供对于Java应用程序和控件的支持。但是升阳公司和其他使用Java运行时系统的公司在Windows操作系统下对用户提供无偿的第三方插件和程序支持。


Java语言使用解释层最初是为了轻巧性。所以这些程序的运行效率比C语言和C++要低很多,用户也对此颇有微词。很多最近的调查显示Java的程序运行速度比几年前要高出许多,有些同样功能的程序的效率甚至超过了C++和C语言编写的程序[来源请求]。


Java语言在最开始应用的时候是没有解释层的,所有需要编译的代码都直接转换成机器的原始代码。这样做的后果就是获得了最佳的性能,但是程序臃肿异常。从JIT技术开始,Java的程序都经过一次转换之后才变成机器码。很多老牌的第三方虚拟机都使用一种叫做“动态编译”的技术,也就是说虚拟机实时监测和分析程序的运行行为,同时选择性地对程序所需要的部分进行编译和优化。所有这些技术都改善了代码的运行速度,但是又不会让程序的体积变得失常。


程序的轻便性事实上是软件编写很难达到的一个目标,Java虽然成功地实现了“一次编译,到处运行”,但是由于平台和平台之间的差异,所编写的程序 在转换代码的时候难免会出现微小的、不可察觉的错误和意外。有些程序员对此非常头疼,他们嘲笑Java的程序不是“一次编译,到处运行”,而是“一次编 译,到处调试”。以Java AWT为例,早期Java AWT内提供的按钮、文字区等均是以电脑系统所默认的样式而显示。这令Java程序在有些没有提供图案的电脑系统产生错误(在Microsoft Windows设有窗口管理器,在一些Linux distribution则没有)。后来SUN公司针对Java AWT一些问题而推出Java Swing。


平台无关性让Java在服务器端软件领域非常成功。很多服务器端软件都使用Java或相关技术建立。




自动垃圾回收(Garbage Collection)


C++语言被用户诟病的原因之一是大多数C++编译器不支持垃圾收集机制。通常使用C++编程的时候,程序员于程序中初始化对象时,会在主机内存堆栈上分配一块内存与地址,当不需要此对象时,进行析构或者删除的时候再释放分配的内存地址。如果对象是在堆栈上分配的,而程序员又忘记进行删除,那么就会造成内存泄漏(Memory Leak)。长此以往,程序运行的时候可能会生成很多不清除的垃圾,浪费了不必要的内存空间。而且如果同一内存地址被删除两次的话,程序会变得不稳定,甚 至崩溃。因此有经验的C++程序员都会在删除之后将指针重置为NULL,然后在删除之前先判断指针是否为NULL。


C++中也可以使用“智能指针”(Smart Pointer)或者使用C++托管扩展编译器的方法来实现自动化内存释放,智能指针可以在标准类库中 找到,而C++托管扩展被微软的Visual C++ 7.0及以上版本所支持。智能指针的优点是不需引入缓慢的垃圾收集机制,而且可以不考虑线程安全的问题,但是缺点是如果不善使用智能指针的话,性能有可能 不如垃圾收集机制,而且不断地分配和释放内存可能造成内存碎片,需要手动对堆进行压缩。除此之外,由于智能指针是一个基于模板的功能,所以没有经验的程序 员在需要使用多态特性进行自动清理时也可能束手无策。


Java语言则不同,上述的情况被自动垃圾收集功能自动处理。对象的创建和放置都是在内存堆栈上面进行的。当一个对象没有任何引用的时候,Java的自动垃圾收集机制就发挥作用,自动删除这个对象所占用的空间,释放内存以避免内存泄漏。


注意程序员不需要修改finalize方法,自动垃圾收集也会发生作用。但是内存泄漏并不是就此避免了,当程序员疏忽大意地忘记解除一个对象不应该有的引用时,内存泄漏仍然不可避免。


不同厂商、不同版本的JVM中的内存垃圾回收机制并不完全一样,通常越新版本的内存回收机制越快,IBM、BEA、SUN等等开发JVM的公司都曾宣称过自己制造出了世界上最快的JVM[来源请求],JVM性能的世界纪录也在不断的被打破并提高。
IBM有一篇有关Java内存回收机制比不激活垃圾收集机制的C++内存处理快数倍的技术文章[14],而著名的Java技术书籍《Java编程思想》(Thinking in Java)也有一段论述Java内存及性能达到甚至超过C++的章节[15] 。



基本语法

编写Java程序前应注意以下几点:

  • 大小写敏感:Java是大小写敏感的,这就意味着标识符Hello与hello是不同的。

  • 类名:对于所有的类来说,类名的首字母应该大写。如果类名由若干单词组成,那么每个单词的首字母应该大写,例如MyFirstJavaClass。

  • 方法名:所有的方法名都应该以小写字母开头。如果方法名含有若干单词,则后面的每个单词首字母大写,例如myFirstJavaMethod。

  • 源文件名:源文件名必须和类名相同。当保存文件的时候,你应该使用类名作为文件名保存(切记Java是大小写敏感的),文件名的后缀为.java。(如果文件名和类名不相同则会导致编译错误)。

  • 主方法入口:所有的Java程序由public static void main(String[] args)方法开始执行。

Java关键字

关键字 下面列出了Java关键字。这些关键字不能用于常量、变量、和任何标识符的名称。


  关键字               描述

abstract

抽象方法,抽象类的修饰符

assert

断言条件是否满足

continue

不执行循环体剩余部分

default

switch语句中的默认分支

do-while

循环语句,循环体至少会执行一次

double

64-bit双精度浮点数

else

if条件不成立时执行的分支

enum

枚举类型

extends

表示一个类是另一个类的子类

final

表示定义常量

finally

无论有没有异常发生都执行代码

float

32-bit单精度浮点数

for

for循环语句

goto

用于流程控制

if

条件语句

implements

表示一个类实现了接口

import

导入类

instanceof

测试一个对象是否是某个类的实例

int

32位整型数

interface

接口,一种抽象的类型,仅有方法和常量的定义

long

64位整型数

native

表示方法用非java代码实现

new

分配新的类实例

package

一系列相关类组成一个包

private

表示私有字段,或者方法等,只能从类内部访问

protected

表示保护类型字段

public

表示共有属性或者方法

return

方法返回值

short

16位数字

static

表示在类级别定义,所有实例共享的

strictfp

浮点数比较使用严格的规则

super

表示基类

switch

选择语句

synchronized

表示同一时间只能由一个线程访问的代码块

this

调用当前实例或者调用另一个构造函数

throw

抛出异常

throws

定义方法可能抛出的异常

transient

修饰不要序列化的字段

try

表示代码块要做异常处理

void

标记方法不返回任何值

volatile

标记字段可能会被多个线程同时访问,而不做同步

while

while循环


接口和类别

Java自带了创建接口的类别,可以这样使用:


public interface Deleteable {
    void delete();
}

这段代码的意思是任何实现(implement)Deleteable接口的类别都必须实现delete()方法。每个类别对这个方法的实现可以自行定制。由此概念可以引出很多种使用方法,下面是一个类别的例子:

public class Fred implements Deleteable
{
    // 必須實作Deleteable介面中的delete方法
    @Override public void delete() {
        // 實作的程式碼
    }

    // 這個類別也可以包含其他方法
    public void doOtherStuff() {
    }
}

在另外一个类别中,可以使用这样的代码:

public void deleteAll(Deleteable [] list) {
    for(int i = 0;
i < list.length;
i++){
    list[i].delete();
    }
}

因为队列中所有的对象都可以使用delete()方法。Deleteable队列中包含Fred对象的引用,而这个类别和其他Deleteable类别在使用deleteAll()方法时候不需要进行任何改变。


之所以这样做就是为了在接口的执行和其代码之间进行区别。举例来说,一个名叫Collection的接口可以包含任何对象所需要的引入、转换和存储数据的方法,其他的类都可以使用这个接口。但是这个接口可以是一个可重定义大小的队列、一个链表或者是其他功能的集合。


这种特性其实是一种折中的办法。Java的设计者们不想让Java有多重继承的特性,因为C++的多重继承显示了这种特性的困难。Java的接口功能可以提供同样的功能,但是又不会很复杂。


应用程序开发接口


在Java语言中,应用程序接口(API)化身成类,并且分组成为包。每个包中包含有相关的接口和类。对于不同的平台,Java提供了不同版本的包。API的设定由sun公司和其他公司通过JCP(Java社区程序)决定。任何公司和个人都可以参与这个工程,对API进行设计。2004年,IBM和BEA公司准备联合对官方的Java开源软件工程进行支持,但是2005年初,sun公司拒绝了这个支持。


关于Java的批评


整体性问题


并不是所有的工程和环境需要企业档次的复杂性,比如一个简单的个人网站或者独自编程的程序师所写的程序。这些程序师会发现Java的复杂管理对于自己要做的程序来说过于强大了。一些人觉得Java在面向对象上面做的没有Ruby和Smalltalk纯粹。但是最新出现的用Java实现的语言Groovy解决了这些问题。


作为一种已经创建的新技术,Java显然综合了很多语言的特性,比如C++、C语言、Python等等。一些对于Java的评论认为Java的不变性在动摇。



语言问题

有些程序师不喜欢原始类型(primitive type)和类别(class)的分离,尤其是那些曾经使用过Smalltalk和Ruby的程序师。Java的代码相对于其他的代码来说过于冗长,这与它的轻便化声明相违背。


Java是一种单层继承的语言。这也导致了程序师在试图使用多重继承时候的不便,而很多语言都可以使用这个特性。但是Java可以使用接口类,把多重继承可能导致的风险减少到最小。Java不支持运算符重载,这是为了防止运算符重载使得代码的功能变得不清晰。但是用Java实现的语言Groovy可以进行运算符重载。过去Java对于文本的操作和其他语言,比如Perl和PHP相比差的较多,但Java在1.4版本时候引入了正则表达式。


  • 至Java 1.7为止,Java语言不支持闭包(closure)和混入(mixin)特性。

  • Java 1.8加入闭包(Lambda Expressions) 。


类库问题

使用Swing平台编写的带有GUI(图形用户界面)的程序和其他原始程序非常不同。选用AWT工 具包编写程序的程序师看到的都是原始接口,而且也无法获得先进的GUI编程支持,如果使用的话,就要提供每个平台上面所需的API,这将是一项庞大的工 程。Swing则是完全用Java语言所写的程序,避免了接口元素重复的问题,只使用所有平台都支持的最基本的绘图机制。但是很多用户不知道如何在 Java风格和Windows风格之间进行转换,结果造成了Java程序的接口在很多程序中非常特殊。苹果电脑已经提供了优化过的Java运行时程序,包含了Mac OS X的经典Aqua接口风格。

在IBM捐赠给Eclipse基金会的SWT界面框架中,用户会看到熟悉的本地风格界面。但这又引起了不同喜好的开发人员之间的争论。


性能问题


由于Java编译器和虚拟机的不同对Java代码的性能影响比语言本身的影响大的多,所以统一讨论Java的程序的性能经常是有误导性的。据IBM的数据,在同样的硬件上2001年时的IBM JDK版本的性能是1996年的JDK版本的十倍左右。


Java语言的一些特性不可避免的有额外的性能代价,例如数组范围检查、运行时类型检查等等。Java程序的性能还会因为不同的动态复杂性和垃圾处 理机制使用的多少而各有不同。如果JVM的实现比较优化的话,那么这些功能甚至可以增加内存分配的性能。这和总是使用STL或者托管C++的程序的情况类 似。


尽管如此,仍然有许多人认为Java的性能低。这部分归因于Sun公司最初的JVM实现使用未优化的解释机制来运行字节码。一些新版本的JVM使用Just-In-Time(JIT) 编译器,在加载字节码的时候将其编译成针对运行环境的本地代码来实现一些本地编译器的优化特性。Just-In-Time机制和本地编译的性能比较仍旧是 一个有争议的话题。JIT编译需要很多时间,对于运行时间不长或者代码很多的大型程序并不适宜。但是不算JIT编译阶段的话,程序的运行性能在很多JVM下可以和本地编译的程序一争短长,甚至在一些计算比较密集的数值计算领域也是这样。目前,Java已经使用更先进的HotSpot技 术来代替JIT技术,Java的性能有了更进一步的提升。另外,在使用-server选项运行Java程序时,也可以对Java进行更深入的优化,比如在 运行时将调用较多的方法内联(inline)到程序中来提高运行速度,这就是所谓的“动态优化”,而本地编译器是无法做到这一点的;这也是一些Java代 码比对应用C/C++等语言编写的本地代码运行的更快的原因之一。微软的.NET平台也使用JIT编译器,所以也有类似问题。


Java的设计目的主要是安全性和可携性,所以对于一些特性,比如对硬件架构和内存地址访问的直接访问都被去除了。如果需要间接调用这些底层功能的话,就需要使用JNI(Java 本地接口)来调用本地代码,而间接访问意味着频繁调用这些特性时性能损失会很大,微软的.NET平台也有这样的问题。所以到目前为止,性能敏感的代码,例 如驱动程序和3D视频游戏,还是大多使用本地编译,甚至直接以不直接支持面向对象的C语言或机器码编写。但最近已经有了许多用纯Java编写的3D游戏, 其效果与用C语言编写的不相上下,例如“合金战士”(英文名:Chrome)。这主要是因为新版的Java 3D技术已经能像C++一样调用硬件加速,也就是使用显卡来加速,无论是C++还是Java语言写的3D游戏都是使用显卡及GPU来处理,从而使得CPU可以专注于其他方面的工作。


Java平台


Java平台即由Java编程语言所撰写的软件赖以运行的平台,是Java软件和电脑系统的中介,最初被设计用在 Applet 等桌面端程序,不过后来逐渐转移到服务端的运用。


Java 运行环境

Java 运行环境,即Java Runtime Environment,简称为JRE,是在任何平台上运行Java编写的程序都需要用到的软件。终端用户可以以软件或者插件方式得到和使用 JRE。Sun 公司还发布了一个JRE的更复杂的版本,叫做JDK,即Java 2开发包,里面包含了Java需要的编译器、参考文档和调试器等。


JRE的成分

  • Java的类库,包含了编译Java程序所需要的最核心文件。

    • 核心库文件,其中有

    • 数据结构的库,包括列表、字典和树等

    • XML分析库

    • 安全方面应用库

    • 国际化和本地化应用库

    • 综合库文件,包含了程序员和其他系统通信的功能文件。

    • JDBC,即Java数据库联通的API

    • JNDI,即Java命名和目录接口

    • RMI和CORBA用于重新分发软件

    • 用户界面库文件,包含:

    • AWT,即抽象窗口开发包,提供了产生图形用户界面所需要的功能

    • Swing库

    • 其他用于回访媒体文件、录音、截图的库

  • 一个用于执行软件的Java虚拟机(JVM)

  • 插件,可以在浏览器里面使用

  • JWS,可以让终端用户连接到互联网

  • 许可文件和文档

桌面的应用


根据Sun公司的统计,安装Java运行环境的个人计算机已经超过7亿。[1]自从Sun指控微软添加Windows特效类文件到Java运行环境(JRE),并通过Visual J++运行这些类文件,微软不再绑定Java运行环境到Windows操作系统。Apple的Mac OS X一般默认绑定Java运行环境, 而且许多Linux发行版也绑定一些兼容的自由软件包GNU Classpath。


一些Java软件被桌面计算机广泛应用,比如NetBeans和Eclipse integrated development environments,文件共享程序如LimeWire和Vuze. Java还被应用于线性代数计算编程环境,包括用户界面和部分系统核心功能.


移动设备

Java ME在移动设备上越来越流行,并开始与Symbian, BREW,和.NET Compact Framework展开竞争。

因为手机制造商的多样性,需要一种新的统一标准,使程序可以运行于不同手机供应商制造的手机上。第一代这样的标准是MIDP 1,它假设手机显示屏很小,没有音频操作权限,而且只允许小于32kb的程序运行。MIDP2有声音访问权限,程序大小限制提高到了64kb。随着手机设 计的能力和速度的快速提升,其发展速度远比标准的制定快的多,一些厂商开始放松了对标准的遵守,比如允许更大的程序在手机上运行。


网络服务器和企业级应用

  • J2EE企业级架构


JavaEE

Java EE,Java平台企业版(Java Platform Enterprise Edition),是Sun公司为企业级应用推出的标准平台。Java平台共分为三个主要版本Java EE、Java SE和Java ME。


Sun公司在1998年发表JDK1.2版本的时候,使用了新名称Java 2 Platform,即“Java2平台”,修改后的JDK称为Java 2 Platform Software Developing Kit,即J2SDK。并分为标准版(Standard Edition,J2SE),企业版(Enterprise Edition,J2EE),微型版(MicroEdition,J2ME)。J2EE便由此诞生。


2005年6月,JavaOne大会召开,SUN公司公开Java SE 6。此时,Java的各种版本已经更名以取消其中的数字“2”:J2EE更名为Java EE, J2SE更名为Java SE,J2ME更名为Java ME。


随着Java技术的发展,J2EE平台得到了迅速的发展,成为Java语言中最活跃的体系之一。现如今,J2EE不仅仅是指一种标准平台,它更多的表达着一种软件架构和设计思想。


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