JAVA 從入門到放棄 (1)：入門

2020 年 3 月 10 日
筆記

JAVA 從入門到放棄 (1)

課程計劃源於廖雪峰的java教程。筆記的大部分內容都不是我寫的，不過記下的demo至少是我親自跑過的。整個課程大概計劃寫20篇筆記，涉及Java SE的各方面。每周計劃1-2篇，估計業餘時間學完前前後後幾個月。當然，也可能寫着寫着就放棄了。做這個計劃不是為了成為後端，只是目前工作環境高度依賴Java，如果不會其實很糾結。另一方面，也想無障礙拜讀一下Java寫的一些開源項目和經典書籍。即便真放棄了，也不用擔心，沒有放棄前的內容，包括修訂的內容將在會在本公眾號的關聯小程序（麥子文檔）中找到。

1. 認識 java

1.1 為什麼選擇java

•開發語言top1，最大的開發社區，最多廠商支持•面向企業和互聯網後端開發/Android開發/大數據開發（主要有Hadoop、Spark、Flink等，他們都是Java或Scala（一種運行於JVM的編程語言）開發）等，這意味着Java擁有最廣泛的就業市場。•Java工程師也是市場需求最大的軟件工程師•上手後掌握其它語言相當容易

從互聯網到企業平台，Java是應用最廣泛的編程語言，原因在於：

•Java是基於JVM虛擬機的跨平台語言，一次編寫，到處運行；•Java程序易於編寫，以位元組碼運行在虛擬機上，而且有內置垃圾收集，不必考慮內存管理；•自帶功能齊全的類庫•Java虛擬機擁有工業級的穩定性和高度優化的性能，且經過了長時期的考驗；•Java擁有非常活躍的開源社區支持，各種高質量組件隨時可用。

1.2 java的優缺點

優點在於：

•簡單，健壯，安全•跨平台：一次編寫，到處運行•高度優化虛擬機

缺點在於：

•語法繁瑣=>寫起來慢•無法直接操作硬件=>因此不太適合開發底層操作系統•GUI效果不佳=>因此不太適合桌面應用，桌面大型遊戲開發

1.3 學習目標

java會過時嗎？沒有什麼編程語言是不會過時的，但相對於前端開發技術兩年一大變相比，java工程師憑自身技能吃個10年沒問題，本系列文章學習java，主要是：

•了解java平台的開發能力•學習其程序設計思想。架構思維（模塊化開發，設計模式）和開源項目的學習能力，•培養優秀的工程習慣和編碼能力（ide技巧，代碼風格，調試方法等）

1.4 簡介

Java最早是由SUN公司（已被Oracle收購）的詹姆斯·高斯林[1]（高司令，人稱Java之父）在上個世紀90年代初開發的一種編程語言，最初被命名為Oak，目標是針對小型家電設備的嵌入式應用，結果市場沒啥反響。誰料到互聯網的崛起，讓Oak重新煥發了生機，於是SUN公司改造了Oak，在1995年以Java的名稱正式發佈，原因是Oak已經被人註冊了，因此SUN註冊了Java這個商標。隨着互聯網的高速發展，Java逐漸成為最重要的網絡編程語言。

Java介於編譯型語言和解釋型語言之間。編譯型語言如C、C++，代碼是直接編譯成機器碼執行，但是不同的平台（x86、ARM等）CPU的指令集不同，因此，需要編譯出每一種平台的對應機器碼。解釋型語言如Python、Ruby沒有這個問題，可以由解釋器直接加載源碼然後運行，代價是運行效率太低。而Java是將代碼編譯成一種「位元組碼」，它類似於抽象的CPU指令，然後，針對不同平台編寫虛擬機，不同平台的虛擬機負責加載位元組碼並執行，這樣就實現了「一次編寫，到處運行」的效果。當然，這是針對Java開發者而言。對於虛擬機，需要為每個平台分別開發。為了保證不同平台、不同公司開發的虛擬機都能正確執行Java位元組碼，SUN公司制定了一系列的Java虛擬機規範。從實踐的角度看，JVM的兼容性做得非常好，低版本的Java位元組碼完全可以正常運行在高版本的JVM上。

隨着Java的發展，SUN給Java又分出了三個不同版本：

•Java SE：Standard Edition 標準版•Java EE（J2E）：Enterprise Edition 企業版•Java ME：Micro Edition 精簡移動版（注意，當前在安卓移動設備上開發的java版本並非java ME）

這三者之間的關係是：

┌───────────────────────────┐  │Java EE                    │  │    ┌────────────────────┐ │  │    │Java SE             │ │  │    │    ┌─────────────┐ │ │  │    │    │   Java ME   │ │ │  │    │    └─────────────┘ │ │  │    └────────────────────┘ │  └───────────────────────────┘

簡單來說，Java SE就是標準版，包含標準的JVM和標準庫，而Java EE是企業版，它只是在Java SE的基礎上加上了大量的API和庫，以便方便開發Web應用、數據庫、消息服務等，Java EE的應用使用的虛擬機和Java SE完全相同。

Java ME就和Java SE不同，它是一個針對嵌入式設備的「瘦身版」，Java SE的標準庫無法在Java ME上使用，Java ME的虛擬機也是「瘦身版」。

毫無疑問，Java SE是整個Java平台的核心，而Java EE是進一步學習Web應用所必須的。我們熟悉的Spring等框架都是Java EE開源生態系統的一部分。不幸的是，Java ME從來沒有真正流行起來，反而是Android開發成為了移動平台的標準之一，因此，沒有特殊需求，不建議學習Java ME。

因此推薦的Java學習路線圖如下：

1.首先要學習Java SE，掌握Java語言本身、Java核心開發技術以及Java標準庫的使用；2.如果繼續學習Java EE，那麼Spring框架、數據庫開發、分佈式架構就是需要學習的；3.如果要學習大數據開發，那麼Hadoop、Spark、Flink這些大數據平台就是需要學習的，他們都基於Java或Scala開發；4.如果想要學習移動開發，那麼就深入Android平台，掌握Android App開發。

無論怎麼選擇，Java SE的核心技術是基礎。

1.5 Java版本

從1995年發佈1.0版本開始，到目前為止，最新的Java版本是Java13：

時間	版本
1995	1.0
1998	1.2
2000	1.3
2002	1.4
2004	1.5 / 5.0
2005	1.6 / 6.0
2011	1.7 / 7.0
2014	1.8 / 8.0
2017/9	1.9 / 9.0
2018/3	10
2018/9	11
2019/3	12
2019/9	13

本教程使用的Java版本基於Java 13。還會涉及一些13的內容。

名詞解釋 初學者學Java，經常聽到JDK、JRE這些名詞，它們到底是啥？ •JDK：Java Development Kit•JRE：Java Runtime Environment 簡單地說，JRE就是運行Java位元組碼的虛擬機。但是，如果只有Java源碼，要編譯成Java位元組碼，就需要JDK，因為JDK除了包含JRE，還提供了編譯器、調試器等開發工具。如圖為java的運行平台流程：

要學習Java開發，當然需要安裝JDK了。那JSR、JCP……又是啥？ •JSR規範：Java Specification Request•JCP組織：Java Community Process （負責維護規範）為了保證Java語言的規範性，SUN公司搞了一個JSR規範，凡是想給Java平台加一個功能，比如說訪問數據庫的功能，大家要先創建一個JSR規範，定義好接口，這樣，各個數據庫廠商都按照規範寫出Java驅動程序，開發者就不用擔心自己寫的數據庫代碼在MySQL上能跑，卻不能跑在PostgreSQL上。所以JSR是一系列的規範，從JVM的內存模型到Web程序接口，全部都標準化了。而負責審核JSR的組織就是JCP。一個JSR規範發佈時，為了讓大家有個參考，還要同時發佈一個「參考實現」，以及一個「兼容性測試套件」： •RI：Reference Implementation•TCK：Technology Compatibility Kit 比如有人提議要搞一個基於Java開發的消息服務器，這個提議很好啊，但是光有提議還不行，得貼出真正能跑的代碼，這就是RI。如果有其他人也想開發這樣一個消息服務器，如何保證這些消息服務器對開發者來說接口、功能都是相同的？所以還得提供TCK。通常來說，RI只是一個「能跑」的正確的代碼，它不追求速度，所以，如果真正要選擇一個Java的消息服務器，一般是沒人用RI的，大家都會選擇一個有競爭力的商用或開源產品。參考：Java消息服務JMS的JSR：https://jcp.org/en/jsr/detail?id=914

本教程開發環境：win 10 / Mac OS 10.16 ，OracleJDK，eclipse編輯器

2. 安裝JDK

因為Java程序必須運行在JVM之上，所以，我們第一件事情就是安裝JDK。

搜索JDK，確保從Oracle的官網[2]下載最新的穩定版JDK，找到Java SE 13.x的下載鏈接，下載直接安裝即可。

2.1 設置環境變量

安裝完JDK後，需要設置一個JAVA_HOME的環境變量，它指向JDK的安裝目錄。在Windows下，它是安裝目錄，類似：

C:Program FilesJavajdk-13.0.2

在Mac下，它在~/.bash_profile里，它是：

export JAVA_HOME=`/usr/libexec/java_home -v 13`

然後，把JAVA_HOME的bin目錄（C:Program FilesJavajdk-13.0.2bin）附加到系統環境變量PATH上。在Windows下，它長這樣：

Path=%JAVA_HOME%bin;<現有的其他路徑>

在Mac下，它在~/.bash_profile里，長這樣：

export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

WIN10：控制面板-系統-高級系統設置-高級-環境變量

在系統變量新建變量名JAVA_HOME，

變量值為jdk安裝目錄，默認是

C:Program FilesJavajdk-13.0.2

編輯系統變量的Path，新建文本內容為

%JAVA_HOME%bin  # 或者  C:Program FilesJavajdk-13.0.2bin

確定-確定-確定

把JAVA_HOME的bin目錄添加到PATH中是為了在任意文件夾下都可以運行java。打開命令提示符窗口，輸入命令java -version，如果一切正常，你會看到如下輸出：

如果你看到的版本號不是13，而是12、1.8之類，說明系統存在多個JDK，且默認JDK不是JDK 13。

可以參考如何設置或更改PATH系統變量[3]。

2.2 程序理解

細心的童鞋還可以在JAVA_HOME的bin目錄下找到很多可執行文件：

•java：這個可執行程序其實就是JVM，運行Java程序，就是啟動JVM，然後讓JVM執行指定的編譯後的代碼；•javac：這是Java的編譯器，它用於把Java源碼文件（以.java後綴結尾）編譯為Java位元組碼文件（以.class後綴結尾）；•jar：用於把一組.class文件打包成一個.jar文件，便於發佈；•javadoc：用於從Java源碼中自動提取注釋並生成文檔；•jdb：Java調試器，用於開發階段的運行調試。

3 第一段java程序

3.1 hello world

每一個偉大，必定伴隨着hello world的哭喊聲來到這個世界。接下來寫一個helloworld。

新建一個hello.java文件，

public class Hello{      public static void main(Sring[] args){          System.out.println("hello world");      }  }

這個定義被稱為class（類），這裡的類名是Hello，大小寫敏感，class用來定義一個類，public表示這個類是公開的，public、class都是Java的關鍵字，必須小寫，Hello是類的名字，按照習慣，首字母H要大寫。而花括號{}中間則是類的定義。

注意到類的定義中，我們定義了一個名為main的方法：

    public static void main(String[] args) {          ...      }

方法是可執行的代碼塊，一個方法除了方法名main，還有用()括起來的方法參數，這裡的main方法有一個參數，參數類型是String[]，參數名是args，public、static用來修飾方法，這裡表示它是一個公開的靜態方法，void是方法的返回類型，而花括號{}中間的就是方法的代碼。

方法的代碼每一行用;結束，這裡只有一行代碼，就是：

 System.out.println("Hello, world!");

它用來打印一個字符串到屏幕上。

Java規定，某個類定義的public static void main(String[] args)是Java程序的固定入口方法，因此，Java程序總是從main方法開始執行。

注意到Java源碼的縮進不是必須的，但是用縮進後，格式好看，很容易看出代碼塊的開始和結束，縮進一般是4個空格或者一個tab。

最後，當我們把代碼保存為文件時，文件名必須是Hello.java，而且文件名也要注意大小寫，因為要和我們定義的類名Hello完全保持一致。

3.2 如何運行Java程序

Java源碼本質上是一個文本文件，我們需要先用javac把Hello.java編譯成位元組碼文件Hello.class，然後，用java命令執行這個位元組碼文件：

┌──────────────────┐  │    Hello.java    │<─── 源碼  └──────────────────┘            │ compile            ▼  ┌──────────────────┐  │   Hello.class    │<─── 位元組碼  └──────────────────┘            │ execute            ▼  ┌──────────────────┐  │    Run on JVM    │<─── 虛擬機  └──────────────────┘

因此，可執行文件javac是編譯器，而可執行文件java就是虛擬機。

第一步，在保存Hello.java的目錄下執行命令javac Hello.java：

$ javac Hello.java

如果源代碼無誤，上述命令不會有任何輸出，而當前目錄下會產生一個Hello.class文件：

$ ls  Hello.class    Hello.java

第二步，執行Hello.class，使用命令java Hello：

$ java Hello  Hello, world!

注意：給虛擬機傳遞的參數Hello是我們定義的類名，虛擬機自動查找對應的class文件並執行。

有一些童鞋可能知道，直接運行java Hello.java也是可以的：

$ java Hello.java  Hello, world!

這是Java 11新增的一個功能，它可以直接運行一個單文件源碼！

需要注意的是，在實際項目中，單個不依賴第三方庫的Java源碼是非常罕見的，所以，絕大多數情況下，我們無法直接運行一個Java源碼文件，原因是它需要依賴其他的庫。

3.3 小結

•一個Java源碼只能定義一個public類型的class，並且class名稱和文件名要完全一致；•使用javac可以將.java源碼編譯成.class位元組碼；•使用java可以運行一個已編譯的Java程序，參數是類名。

4 IDE

IDE是集成開發環境：Integrated Development Environment的縮寫。

使用IDE的好處在於按，可以把編寫代碼、組織項目、編譯、運行、調試等放到一個環境中運行，能極大地提高開發效率。

IDE提升開發效率主要靠以下幾點：

•編輯器的自動提示，可以大大提高敲代碼的速度；•代碼修改後可以自動重新編譯，並直接運行；•可以方便地進行斷點調試。

目前，流行的用於Java開發的IDE有：

Eclipse

Eclipse[4]是由IBM開發並捐贈給開源社區的一個IDE，也是目前應用最廣泛的IDE。Eclipse的特點是它本身是Java開發的，並且基於插件結構，即使是對Java開發的支持也是通過插件JDT實現的。

除了用於Java開發，Eclipse配合插件也可以作為C/C++開發環境、PHP開發環境、Rust開發環境等。

IntelliJ Idea

IntelliJ Idea[5]是由JetBrains公司開發的一個功能強大的IDE，分為免費版和商用付費版。JetBrains公司的IDE平台也是基於IDE平台+語言插件的模式，支持Python開發環境、Ruby開發環境、PHP開發環境等，這些開發環境也分為免費版和付費版。

4.1 使用Eclipse

你可以使用任何IDE進行Java學習和開發。我們不討論任何關於IDE的優劣，本教程使用Eclipse作為開發演示環境，原因在於：

•完全免費使用；•所有功能完全滿足Java開發需求。

4.1.1安裝Eclipse

Eclipse的發行版提供了預打包的開發環境，包括Java、JavaEE、C++、PHP、Rust等。從這裡[6]下載：

我們需要下載的版本是Eclipse IDE for Java Developers（IE7 風格界面）：

根據操作系統是Windows、Mac還是Linux，從右邊選擇對應的下載鏈接。

4.2 設置Eclipse

下載並安裝完成後，我們啟動Eclipse，對IDE環境做一個基本設置：

選擇菜單「Eclipse/Window」-「Preferences」，打開配置對話框：

我們需要調整以下設置項：

General > Editors > Text Editors

鉤上「Show line numbers」，這樣編輯器會顯示行號；

General > Workspace

鉤上「Refresh using native hooks or polling」，這樣Eclipse會自動刷新文件夾的改動；

對於「Text file encoding」，如果Default不是UTF-8，一定要改為「Other：UTF-8」，所有文本文件均使用UTF-8編碼；

對於「New text file line delimiter」，建議使用Unix，即換行符使用n而不是Windows的rn。

Java > Compiler

將「Compiler compliance level」設置為13，本教程的所有代碼均使用Java 13的語法，並且編譯到Java 13的版本。

去掉「Use default compliance settings」並鉤上「Enable preview features for Java 13」，這樣我們就可以使用Java 13的預覽功能。

Java > Installed JREs

在Installed JREs中應該看到Java SE 13，如果還有其他的JRE，可以刪除，以確保Java SE 13是默認的JRE。

4.3 Eclipse IDE結構

打開Eclipse後，整個IDE由若干個區域組成：

•中間可編輯的文本區（見1）是編輯器，用於編輯源碼；•分佈在左右和下方的是視圖：•Package Exploroer（見2）是Java項目的視圖•Console（見3）是命令行輸出視圖•Outline（見4）是當前正在編輯的Java源碼的結構視圖•視圖可以任意組合，然後把一組視圖定義成一個Perspective（見5），Eclipse預定義了Java、Debug等幾個Perspective，用於快速切換。

4.4 新建Java項目

在Eclipse菜單選擇「File」-「New」-「Java Project」，填入HelloWorld，JRE選擇Java SE 13：

點擊next，暫時不要勾選「Create module-info.java file」，因為模塊化機制我們後面才會講到：

點擊「Finish」就成功創建了一個名為HelloWorld的Java工程。

4.5 新建Java文件並運行

展開HelloWorld工程，選中源碼目錄src，點擊右鍵，在彈出菜單中選擇「New」-「Class」：

在彈出的對話框中，Name一欄填入Hello：

點擊」Finish「，就自動在src目錄下創建了一個名為Hello.java的源文件。我們雙擊打開這個源文件，填上代碼：

一鍵格式化：ctrl+shift+F ，如果不生效可能是輸入法干擾。此外，也可以右鍵-source-format 右鍵hello.java ,show in system explore ,可以看到你的Java工程

保存，然後選中文件Hello.java，點擊右鍵，在彈出的菜單中選中「Run As…」-「Java Application」：

在Console窗口中就可以看到運行結果：

如果沒有在主界面中看到Console窗口，請選中菜單「Window」-「Show View」-「Console」，即可顯示。

* 5 安裝eclipse插件

本教程提供一個Eclipse IDE的練習插件，可以非常方便地下載練習代碼。

安裝IDE練習插件

啟動Eclipse，選擇菜單「Help」-「Install New Software…-「add」，在打開的對話框中：

點擊「Add」，對Name填寫一個任意的名稱，例如「Java Practice Plugin」，對於Location，填入https://liaoxuefeng.gitee.io/learn-java-update-site/，然後點擊「Add」添加：

在列表中選中「Java Practice Feature」，然後點擊「Next」安裝。

在安裝過程中，由於插件代碼沒有數字簽名，所以會彈出一個警告：

選擇「Install anyway」繼續安裝，安裝成功後，根據提示重啟Eclipse即可。

重啟Eclipse後，選擇菜單「Window」-「Show View」-「Other…」：

在彈出的對話框中選擇「Java」-「Java Practice」，然後點擊「Open」，即可在Eclipse中看到Java Practice插件：

導入練習

在「Java Practice」面板中，雙擊hello.zip，按照提示導入工程，即可直接下載並導入到Eclipse中：

References

[1] 詹姆斯·高斯林: https://en.wikipedia.org/wiki/James_Gosling [2] Oracle的官網: https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html [3] 如何設置或更改PATH系統變量: https://www.java.com/zh_CN/download/help/path.xml [4] Eclipse: https://www.eclipse.org/ [5] IntelliJ Idea: https://www.jetbrains.com/idea/ [6] 這裡: https://www.eclipse.org/downloads/packages/