JAVA 从入门到放弃 (1)：入门

JAVA 从入门到放弃 (1)

课程计划源于廖雪峰的java教程。笔记的大部分内容都不是我写的，不过记下的demo至少是我亲自跑过的。整个课程大概计划写20篇笔记，涉及Java SE的各方面。每周计划1-2篇，估计业余时间学完前前后后几个月。当然，也可能写着写着就放弃了。 做这个计划不是为了成为后端，只是目前工作环境高度依赖Java，如果不会其实很纠结。另一方面，也想无障碍拜读一下Java写的一些开源项目和经典书籍。 即便真放弃了，也不用担心，没有放弃前的内容，包括修订的内容将在会在本公众号的关联小程序（麦子文档）中找到。

1. 认识 java

1.1 为什么选择java

•开发语言top1，最大的开发社区，最多厂商支持•面向企业和互联网后端开发/Android开发/大数据开发（主要有Hadoop、Spark、Flink等，他们都是Java或Scala（一种运行于JVM的编程语言）开发）等，这意味着Java拥有最广泛的就业市场。•Java工程师也是市场需求最大的软件工程师•上手后掌握其它语言相当容易

从互联网到企业平台，Java是应用最广泛的编程语言，原因在于：

•Java是基于JVM虚拟机的跨平台语言，一次编写，到处运行；•Java程序易于编写，以字节码运行在虚拟机上，而且有内置垃圾收集，不必考虑内存管理；•自带功能齐全的类库•Java虚拟机拥有工业级的稳定性和高度优化的性能，且经过了长时期的考验；•Java拥有非常活跃的开源社区支持，各种高质量组件随时可用。

1.2 java的优缺点

优点在于：

•简单，健壮，安全•跨平台：一次编写，到处运行•高度优化虚拟机

缺点在于：

•语法繁琐=>写起来慢•无法直接操作硬件=>因此不太适合开发底层操作系统•GUI效果不佳=>因此不太适合桌面应用，桌面大型游戏开发

1.3 学习目标

java会过时吗？没有什么编程语言是不会过时的，但相对于前端开发技术两年一大变相比，java工程师凭自身技能吃个10年没问题，本系列文章学习java，主要是：

•了解java平台的开发能力•学习其程序设计思想。架构思维（模块化开发，设计模式）和开源项目的学习能力，•培养优秀的工程习惯和编码能力（ide技巧，代码风格，调试方法等）

1.4 简介

Java最早是由SUN公司（已被Oracle收购）的詹姆斯·高斯林[1]（高司令，人称Java之父）在上个世纪90年代初开发的一种编程语言，最初被命名为Oak，目标是针对小型家电设备的嵌入式应用，结果市场没啥反响。谁料到互联网的崛起，让Oak重新焕发了生机，于是SUN公司改造了Oak，在1995年以Java的名称正式发布，原因是Oak已经被人注册了，因此SUN注册了Java这个商标。随着互联网的高速发展，Java逐渐成为最重要的网络编程语言。

Java介于编译型语言和解释型语言之间。编译型语言如C、C++，代码是直接编译成机器码执行，但是不同的平台（x86、ARM等）CPU的指令集不同，因此，需要编译出每一种平台的对应机器码。解释型语言如Python、Ruby没有这个问题，可以由解释器直接加载源码然后运行，代价是运行效率太低。而Java是将代码编译成一种“字节码”，它类似于抽象的CPU指令，然后，针对不同平台编写虚拟机，不同平台的虚拟机负责加载字节码并执行，这样就实现了“一次编写，到处运行”的效果。当然，这是针对Java开发者而言。对于虚拟机，需要为每个平台分别开发。为了保证不同平台、不同公司开发的虚拟机都能正确执行Java字节码，SUN公司制定了一系列的Java虚拟机规范。从实践的角度看，JVM的兼容性做得非常好，低版本的Java字节码完全可以正常运行在高版本的JVM上。

随着Java的发展，SUN给Java又分出了三个不同版本：

•Java SE：Standard Edition 标准版•Java EE（J2E）：Enterprise Edition 企业版•Java ME：Micro Edition 精简移动版（注意，当前在安卓移动设备上开发的java版本并非java ME）

这三者之间的关系是：

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

简单来说，Java SE就是标准版，包含标准的JVM和标准库，而Java EE是企业版，它只是在Java SE的基础上加上了大量的API和库，以便方便开发Web应用、数据库、消息服务等，Java EE的应用使用的虚拟机和Java SE完全相同。

Java ME就和Java SE不同，它是一个针对嵌入式设备的“瘦身版”，Java SE的标准库无法在Java ME上使用，Java ME的虚拟机也是“瘦身版”。

毫无疑问，Java SE是整个Java平台的核心，而Java EE是进一步学习Web应用所必须的。我们熟悉的Spring等框架都是Java EE开源生态系统的一部分。不幸的是，Java ME从来没有真正流行起来，反而是Android开发成为了移动平台的标准之一，因此，没有特殊需求，不建议学习Java ME。

因此推荐的Java学习路线图如下：

1.首先要学习Java SE，掌握Java语言本身、Java核心开发技术以及Java标准库的使用；2.如果继续学习Java EE，那么Spring框架、数据库开发、分布式架构就是需要学习的；3.如果要学习大数据开发，那么Hadoop、Spark、Flink这些大数据平台就是需要学习的，他们都基于Java或Scala开发；4.如果想要学习移动开发，那么就深入Android平台，掌握Android App开发。

无论怎么选择，Java SE的核心技术是基础。

1.5 Java版本

从1995年发布1.0版本开始，到目前为止，最新的Java版本是Java13：

本教程使用的Java版本基于Java 13。还会涉及一些13的内容。

名词解释 初学者学Java，经常听到JDK、JRE这些名词，它们到底是啥？ •JDK：Java Development Kit•JRE：Java Runtime Environment 简单地说，JRE就是运行Java字节码的虚拟机。但是，如果只有Java源码，要编译成Java字节码，就需要JDK，因为JDK除了包含JRE，还提供了编译器、调试器等开发工具。 如图为java的运行平台流程：

要学习Java开发，当然需要安装JDK了。 那JSR、JCP……又是啥？ •JSR规范：Java Specification Request•JCP组织：Java Community Process （负责维护规范） 为了保证Java语言的规范性，SUN公司搞了一个JSR规范，凡是想给Java平台加一个功能，比如说访问数据库的功能，大家要先创建一个JSR规范，定义好接口，这样，各个数据库厂商都按照规范写出Java驱动程序，开发者就不用担心自己写的数据库代码在MySQL上能跑，却不能跑在PostgreSQL上。 所以JSR是一系列的规范，从JVM的内存模型到Web程序接口，全部都标准化了。而负责审核JSR的组织就是JCP。 一个JSR规范发布时，为了让大家有个参考，还要同时发布一个“参考实现”，以及一个“兼容性测试套件”： •RI：Reference Implementation•TCK：Technology Compatibility Kit 比如有人提议要搞一个基于Java开发的消息服务器，这个提议很好啊，但是光有提议还不行，得贴出真正能跑的代码，这就是RI。如果有其他人也想开发这样一个消息服务器，如何保证这些消息服务器对开发者来说接口、功能都是相同的？所以还得提供TCK。 通常来说，RI只是一个“能跑”的正确的代码，它不追求速度，所以，如果真正要选择一个Java的消息服务器，一般是没人用RI的，大家都会选择一个有竞争力的商用或开源产品。 参考：Java消息服务JMS的JSR：https://jcp.org/en/jsr/detail?id=914

本教程开发环境：win 10 / Mac OS 10.16 ，OracleJDK，eclipse编辑器

2. 安装JDK

因为Java程序必须运行在JVM之上，所以，我们第一件事情就是安装JDK。

搜索JDK，确保从Oracle的官网[2]下载最新的稳定版JDK，找到Java SE 13.x的下载链接，下载直接安装即可。

2.1 设置环境变量

安装完JDK后，需要设置一个JAVA_HOME的环境变量，它指向JDK的安装目录。在Windows下，它是安装目录，类似：

C:\Program Files\Java\jdk-13.0.2

在Mac下，它在~/.bash_profile里，它是：

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

然后，把JAVA_HOME的bin目录（C:\Program Files\Java\jdk-13.0.2\bin）附加到系统环境变量PATH上。在Windows下，它长这样：

Path=%JAVA_HOME%\bin;<现有的其他路径>

在Mac下，它在~/.bash_profile里，长这样：

export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

WIN10：控制面板-系统-高级系统设置-高级-环境变量

在系统变量新建变量名JAVA_HOME，

变量值为jdk安装目录，默认是

C:\Program Files\Java\jdk-13.0.2

编辑系统变量的Path，新建文本内容为

%JAVA_HOME%\bin 
# 或者
C:\Program Files\Java\jdk-13.0.2\bin

确定-确定-确定

把JAVA_HOME的bin目录添加到PATH中是为了在任意文件夹下都可以运行java。打开命令提示符窗口，输入命令java -version，如果一切正常，你会看到如下输出：

如果你看到的版本号不是13，而是12、1.8之类，说明系统存在多个JDK，且默认JDK不是JDK 13。

可以参考如何设置或更改PATH系统变量[3]。

2.2 程序理解

细心的童鞋还可以在JAVA_HOME的bin目录下找到很多可执行文件：

•java：这个可执行程序其实就是JVM，运行Java程序，就是启动JVM，然后让JVM执行指定的编译后的代码；•javac：这是Java的编译器，它用于把Java源码文件（以.java后缀结尾）编译为Java字节码文件（以.class后缀结尾）；•jar：用于把一组.class文件打包成一个.jar文件，便于发布；•javadoc：用于从Java源码中自动提取注释并生成文档；•jdb：Java调试器，用于开发阶段的运行调试。

3 第一段java程序

3.1 hello world

每一个伟大，必定伴随着hello world的哭喊声来到这个世界。接下来写一个helloworld。

新建一个hello.java文件，

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

这个定义被称为class（类），这里的类名是Hello，大小写敏感，class用来定义一个类，public表示这个类是公开的，public、class都是Java的关键字，必须小写，Hello是类的名字，按照习惯，首字母H要大写。而花括号{}中间则是类的定义。

注意到类的定义中，我们定义了一个名为main的方法：

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

方法是可执行的代码块，一个方法除了方法名main，还有用()括起来的方法参数，这里的main方法有一个参数，参数类型是String[]，参数名是args，public、static用来修饰方法，这里表示它是一个公开的静态方法，void是方法的返回类型，而花括号{}中间的就是方法的代码。

方法的代码每一行用;结束，这里只有一行代码，就是：

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

它用来打印一个字符串到屏幕上。

Java规定，某个类定义的public static void main(String[] args)是Java程序的固定入口方法，因此，Java程序总是从main方法开始执行。

注意到Java源码的缩进不是必须的，但是用缩进后，格式好看，很容易看出代码块的开始和结束，缩进一般是4个空格或者一个tab。

最后，当我们把代码保存为文件时，文件名必须是Hello.java，而且文件名也要注意大小写，因为要和我们定义的类名Hello完全保持一致。

3.2 如何运行Java程序

Java源码本质上是一个文本文件，我们需要先用javac把Hello.java编译成字节码文件Hello.class，然后，用java命令执行这个字节码文件：

┌──────────────────┐
│    Hello.java    │<─── 源码
└──────────────────┘
          │ compile
          ▼
┌──────────────────┐
│   Hello.class    │<─── 字节码
└──────────────────┘
          │ execute
          ▼
┌──────────────────┐
│    Run on JVM    │<─── 虚拟机
└──────────────────┘

因此，可执行文件javac是编译器，而可执行文件java就是虚拟机。

第一步，在保存Hello.java的目录下执行命令javac Hello.java：

$ javac Hello.java

如果源代码无误，上述命令不会有任何输出，而当前目录下会产生一个Hello.class文件：

$ ls
Hello.class    Hello.java

第二步，执行Hello.class，使用命令java Hello：

$ java Hello
Hello, world!

注意：给虚拟机传递的参数Hello是我们定义的类名，虚拟机自动查找对应的class文件并执行。

有一些童鞋可能知道，直接运行java Hello.java也是可以的：

$ java Hello.java 
Hello, world!

这是Java 11新增的一个功能，它可以直接运行一个单文件源码！

需要注意的是，在实际项目中，单个不依赖第三方库的Java源码是非常罕见的，所以，绝大多数情况下，我们无法直接运行一个Java源码文件，原因是它需要依赖其他的库。

3.3 小结

•一个Java源码只能定义一个public类型的class，并且class名称和文件名要完全一致；•使用javac可以将.java源码编译成.class字节码；•使用java可以运行一个已编译的Java程序，参数是类名。

4 IDE

IDE是集成开发环境：Integrated Development Environment的缩写。

使用IDE的好处在于按，可以把编写代码、组织项目、编译、运行、调试等放到一个环境中运行，能极大地提高开发效率。

IDE提升开发效率主要靠以下几点：

•编辑器的自动提示，可以大大提高敲代码的速度；•代码修改后可以自动重新编译，并直接运行；•可以方便地进行断点调试。

目前，流行的用于Java开发的IDE有：

Eclipse

Eclipse[4]是由IBM开发并捐赠给开源社区的一个IDE，也是目前应用最广泛的IDE。Eclipse的特点是它本身是Java开发的，并且基于插件结构，即使是对Java开发的支持也是通过插件JDT实现的。

除了用于Java开发，Eclipse配合插件也可以作为C/C++开发环境、PHP开发环境、Rust开发环境等。

IntelliJ Idea

IntelliJ Idea[5]是由JetBrains公司开发的一个功能强大的IDE，分为免费版和商用付费版。JetBrains公司的IDE平台也是基于IDE平台+语言插件的模式，支持Python开发环境、Ruby开发环境、PHP开发环境等，这些开发环境也分为免费版和付费版。

4.1 使用Eclipse

你可以使用任何IDE进行Java学习和开发。我们不讨论任何关于IDE的优劣，本教程使用Eclipse作为开发演示环境，原因在于：

•完全免费使用；•所有功能完全满足Java开发需求。

4.1.1安装Eclipse

Eclipse的发行版提供了预打包的开发环境，包括Java、JavaEE、C++、PHP、Rust等。从这里[6]下载：

我们需要下载的版本是Eclipse IDE for Java Developers（IE7 风格界面）：

根据操作系统是Windows、Mac还是Linux，从右边选择对应的下载链接。

4.2 设置Eclipse

下载并安装完成后，我们启动Eclipse，对IDE环境做一个基本设置：

选择菜单“Eclipse/Window”-“Preferences”，打开配置对话框：

我们需要调整以下设置项：

General > Editors > Text Editors

钩上“Show line numbers”，这样编辑器会显示行号；

General > Workspace

钩上“Refresh using native hooks or polling”，这样Eclipse会自动刷新文件夹的改动；

对于“Text file encoding”，如果Default不是UTF-8，一定要改为“Other：UTF-8”，所有文本文件均使用UTF-8编码；

对于“New text file line delimiter”，建议使用Unix，即换行符使用\n而不是Windows的\r\n。

Java > Compiler

将“Compiler compliance level”设置为13，本教程的所有代码均使用Java 13的语法，并且编译到Java 13的版本。

去掉“Use default compliance settings”并钩上“Enable preview features for Java 13”，这样我们就可以使用Java 13的预览功能。

Java > Installed JREs

在Installed JREs中应该看到Java SE 13，如果还有其他的JRE，可以删除，以确保Java SE 13是默认的JRE。

4.3 Eclipse IDE结构

打开Eclipse后，整个IDE由若干个区域组成：

•中间可编辑的文本区（见1）是编辑器，用于编辑源码；•分布在左右和下方的是视图：•Package Exploroer（见2）是Java项目的视图•Console（见3）是命令行输出视图•Outline（见4）是当前正在编辑的Java源码的结构视图•视图可以任意组合，然后把一组视图定义成一个Perspective（见5），Eclipse预定义了Java、Debug等几个Perspective，用于快速切换。

4.4 新建Java项目

在Eclipse菜单选择“File”-“New”-“Java Project”，填入HelloWorld，JRE选择Java SE 13：

点击next，暂时不要勾选“Create module-info.java file”，因为模块化机制我们后面才会讲到：

点击“Finish”就成功创建了一个名为HelloWorld的Java工程。

4.5 新建Java文件并运行

展开HelloWorld工程，选中源码目录src，点击右键，在弹出菜单中选择“New”-“Class”：

在弹出的对话框中，Name一栏填入Hello：

点击”Finish“，就自动在src目录下创建了一个名为Hello.java的源文件。我们双击打开这个源文件，填上代码：

一键格式化：ctrl+shift+F ，如果不生效可能是输入法干扰。此外，也可以右键-source-format 右键hello.java ,show in system explore ,可以看到你的Java工程

保存，然后选中文件Hello.java，点击右键，在弹出的菜单中选中“Run As...”-“Java Application”：

在Console窗口中就可以看到运行结果：

如果没有在主界面中看到Console窗口，请选中菜单“Window”-“Show View”-“Console”，即可显示。

* 5 安装eclipse插件

本教程提供一个Eclipse IDE的练习插件，可以非常方便地下载练习代码。

安装IDE练习插件

启动Eclipse，选择菜单“Help”-“Install New Software...-“add”，在打开的对话框中：

点击“Add”，对Name填写一个任意的名称，例如“Java Practice Plugin”，对于Location，填入https://liaoxuefeng.gitee.io/learn-java-update-site/，然后点击“Add”添加：

在列表中选中“Java Practice Feature”，然后点击“Next”安装。

在安装过程中，由于插件代码没有数字签名，所以会弹出一个警告：

选择“Install anyway”继续安装，安装成功后，根据提示重启Eclipse即可。

重启Eclipse后，选择菜单“Window”-“Show View”-“Other...”：

在弹出的对话框中选择“Java”-“Java Practice”，然后点击“Open”，即可在Eclipse中看到Java Practice插件：

导入练习

在“Java Practice”面板中，双击hello.zip，按照提示导入工程，即可直接下载并导入到Eclipse中：

References

[1] 詹姆斯·高斯林: https://en.wikipedia.org/wiki/James_Gosling [2] Oracle的官网: https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html [3] 如何设置或更改PATH系统变量: 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] 这里: https://www.eclipse.org/downloads/packages/