java基礎知識入門

1、java簡介及原理圖

Java的前世此生

Java之父詹姆斯·高斯林:

1967年, 12歲用報廢的電話機和電視作了一臺電子遊戲機;

1983年, 得到卡內基梅隆大學計算機科學博士學位;

1983年, 畢業後設計了IBM第一代工做站;

1990年, 領導開發Sun用於數字家電的編程語言Oak(橡樹);

1994年, Oak被改名爲Java, 在硅谷發佈並引起熱潮;

2000年, Java成爲世界上最流行的編程語言

JDK（Java Development Kit）

　　JDK是Java開發工具包，是Sun Microsystems針對Java開發員的產品。

　　JDK中包含JRE，在JDK的安裝目錄下有一個名爲jre的目錄，裏面有兩個文件夾bin和lib，在這裏能夠認爲bin裏的就是jvm，lib中則是jvm工做所須要的類庫，而jvm和 lib和起來就稱爲jre。

　　JDK是整個JAVA的核心，包括了Java運行環境JRE（Java Runtime Envirnment）、一堆Java工具（javac/java/jdb等）和Java基礎的類庫（即Java API 包括rt.jar）。

　　①SE(J2SE)，standard edition，標準版，是咱們一般用的一個版本，從JDK 5.0開始，更名爲Java SE。

　　②EE(J2EE)，enterprise edition，企業版，使用這種JDK開發J2EE應用程序，從JDK 5.0開始，更名爲Java EE。

　　③ME(J2ME)，micro edition，主要用於移動設備、嵌入式設備上的java應用程序，從JDK 5.0開始，更名爲Java ME。

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　　　金字塔結構 JDK=JRE+JVM+其它 運行Java程序通常都要求用戶的電腦安裝JRE環境（Java Runtime Environment）；沒有jre，java程序沒法運行；而沒有java程序，jre就沒有用武之地。

Java原理圖以下

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2、數據類型

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注意：java的關鍵字和標識符是不可更改的

boolean 只有兩個值：true、false，可使用 1 bit 來存儲，可是具體大小沒有明確規定。JVM 會在編譯時期將 boolean 類型的數據轉換爲 int，使用 1 來表示 true，0 表示 false。JVM 支持 boolean 數組，可是是經過讀寫 byte 數組來實現的。

• Primitive Data Types
• The Java® Virtual Machine Specification

3、Java的心臟-JVM

JVM就是一臺虛擬的機器, Java程序編譯成字節碼就能在全部JVM上運行.  JVM能夠說是整個Java生態系統的心臟, 它提供了兩大核心優點:
強的跨平臺性: 除Windows和OS X以外, 還支持所有的Linux發行版和Solaris等較小 衆的操做系統
超強的運行效率: JVM在編譯和運行時會對程序作大量優化, 提升程序運行效率

 因爲JVM顯著的技術優點, 除Java外, 還有一系列現代編程語言是基於 JVM技術的, 這極大地擴展了Java程序員將來的發展空間

Java虛擬機的體系結構

·每一個JVM都有兩種機制：

①類裝載子系統：裝載具備適合名稱的類或接口

②執行引擎：負責執行包含在已裝載的類或接口中的指令 

·每一個JVM都包含：

方法區、Java堆、Java棧、本地方法棧、指令計數器及其餘隱含寄存器

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對於JVM的學習，在我看來這麼幾個部分最重要：

Java代碼編譯和執行的整個過程

JVM內存管理及垃圾回收機制

下面分別對這幾部分進行說明：

二、Java代碼編譯和執行的整個過程

也正如前面所說，Java代碼的編譯和執行的整個過程大概是：開發人員編寫Java代碼(.java文件)，而後將之編譯成字節碼(.class文件)，再而後字節碼被裝入內存，一旦字節碼進入虛擬機，它就會被解釋器解釋執行，或者是被即時代碼發生器有選擇的轉換成機器碼執行。

（1）Java代碼編譯是由Java源碼編譯器來完成，也就是Java代碼到JVM字節碼（.class文件）的過程。 流程圖以下所示：

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（2）Java字節碼的執行是由JVM執行引擎來完成，流程圖以下所示：

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Java代碼編譯和執行的整個過程包含了如下三個重要的機制:

·Java源碼編譯機制

·類加載機制

·類執行機制

（1）Java源碼編譯機制

Java 源碼編譯由如下三個過程組成：

①分析和輸入到符號表

②註解處理

③語義分析和生成class文件

流程圖以下所示：

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最後生成的class文件由如下部分組成：

①結構信息：包括class文件格式版本號及各部分的數量與大小的信息

②元數據：對應於Java源碼中聲明與常量的信息。包含類/繼承的超類/實現的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池

③方法信息：對應Java源碼中語句和表達式對應的信息。包含字節碼、異常處理器表、求值棧與局部變量區大小、求值棧的類型記錄、調試符號信息

（2）類加載機制
JVM的類加載是經過ClassLoader及其子類來完成的，類的層次關係和加載順序能夠由下圖來描述：

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①Bootstrap ClassLoader

負責加載$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar裏全部的class，由C++實現，不是ClassLoader子類

②Extension ClassLoader

負責加載java平臺中擴展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包

③App ClassLoader

負責記載classpath中指定的jar包及目錄中class

④Custom ClassLoader

屬於應用程序根據自身須要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會根據j2ee規範自行實現ClassLoader

 

加載過程當中會先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個classloader已加載就視爲已加載此類，保證此類只全部ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。

（3）類執行機制

JVM是基於堆棧的虛擬機。JVM爲每一個新建立的線程都分配一個堆棧.也就是說,對於一個Java程序來講，它的運行就是經過對堆棧的操做來完成的。堆棧以幀爲單位保存線程的狀態。JVM對堆棧只進行兩種操做:以幀爲單位的壓棧和出棧操做。

JVM執行class字節碼，線程建立後，都會產生程序計數器（PC）和棧（Stack），程序計數器存放下一條要執行的指令在方法內的偏移量，棧中存放一個個棧幀，每一個棧幀對應着每一個方法的每次調用，而棧幀又是有局部變量區和操做數棧兩部分組成，局部變量區用於存放方法中的局部變量和參數，操做數棧中用於存放方法執行過程當中產生的中間結果。棧的結構以下圖所示：

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4、JRE和JDK

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JRE(Java Runtime Enviroment)是Java的運行環境。面向Java程序的使用者，而不是開發者。若是你僅下載並安裝了JRE，那麼你的系統只能運行Java程序。JRE是運行Java程序所必須環境的集合，包含JVM標準實現及 Java核心類庫。它包括Java虛擬機、Java平臺核心類和支持文件。它不包含開發工具(編譯器、調試器等)。

JDK(Java Development Kit)又稱J2SDK(Java2 Software Development Kit)，是Java開發工具包，它提供了Java的開發環境(提供了編譯器javac等工具，用於將java文件編譯爲class文件)和運行環境(提 供了JVM和Runtime輔助包，用於解析class文件使其獲得運行)。若是你下載並安裝了JDK，那麼你不只能夠開發Java程序，也同時擁有了運 行Java程序的平臺。JDK是整個Java的核心，包括了Java運行環境(JRE)，一堆Java工具tools.jar和Java標準類庫 (rt.jar)。

2. 區別

JRE主要包含：java類庫的class文件(都在lib目錄下打包成了jar)和虛擬機(jvm.dll)；JDK主要包含：java類庫的 class文件(都在lib目錄下打包成了jar)並自帶一個JRE。那麼爲何JDK要自帶一個JRE呢？並且jdk/jre/bin下的client 和server兩個文件夾下都包含jvm.dll(說明JDK自帶的JRE有兩個虛擬機)。

記得在環境變量path中設置jdk/bin路徑麼？老師會告訴你們不設置的話javac和java是用不了的。確實jdk/bin目錄下包含了全部的命令。但是有沒有人想過咱們用的java命令並非jdk/bin目錄下的而是jre/bin目錄下的呢？不信能夠作一個實驗，你們能夠把jdk /bin目錄下的java.exe剪切到別的地方再運行java程序，發現了什麼？一切OK！(JRE中沒有javac命令，緣由很簡單，它不是開發環境)那麼有人會問了？我明明沒有設置jre/bin目錄到環境變量中啊？試想一下若是java爲了提供給大多數人使用，他們是不須要jdk作開發的，只需 要jre能讓java程序跑起來就能夠了，那麼每一個客戶還須要手動去設置環境變量多麻煩啊？因此安裝jre的時候安裝程序自動幫你把jre的 java.exe添加到了系統變量中，驗證的方法很簡單，去Windows/system32下面去看看吧，發現了什麼？有一個java.exe。

3. 難點

若是安裝了JDK，你的電腦就有兩套JRE(JRE自己和JDK中的JRE)，前面這套比後面那套少了Server端的Java虛擬機。

(1)爲何Sun要讓JDK安裝兩套相同的JRE？這是由於JDK裏面有不少用Java所編寫的開發工具(如javac.exe、jar.exe 等)，並且都放置在/lib/tools.jar裏。若是咱們將tools.jar更名爲tools1.jar，而後運行javac.exe，顯示以下結 果：Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: com/sun/tools/javac/Main。這個意思是說，你輸入javac.exe與輸入java -cp c:/jdk/lib/tools.jar com.sun.tools.javac.Main 是同樣的，會獲得相同的結果。從這裏咱們能夠證實javac.exe只是一個包裝器（Wrapper），而製做的目的是爲了讓開發者免於輸入太長的指命。 並且能夠發現/lib目錄下的程序都很小，不大於29K，從這裏咱們能夠得出一個結論。就是JDK裏的工具幾乎是用Java所編寫，因此也是Java應用 程序，所以要使用JDK所附的工具來開發Java程序，也必需要自行附一套JRE才行，因此位於JDK目錄下的那套JRE就是用來運行通常Java程序 的。

(2)若是一臺電腦安裝兩套以上的JRE，誰來決定呢？這個重大任務就落在java.exe身上。java.exe的工做就是找到合適的JRE來運 行Java程序。java.exe依照如下的順序來查找JRE：1)本身的目錄下有沒有JRE；2)父目錄有沒有JRE；3)查詢註冊表： [HKEY_LOCAL_MACHINE/SOFTWARE/JavaSoft/Java Runtime Environment]。因此java.exe的運行結果與你的電腦裏面哪一個JRE被執行有很大的關係。

(3)JDK-->JRE-->Bin目錄下有兩個文件夾：server與client，這是真正的jvm.dll所在。 jvm.dll沒法單獨工做，當jvm.dll啓動後，會使用explicit的方法(就是使用Win32 API之中的LoadLibrary()與GetProcAddress()來載入輔助用的動態連接庫)，而這些輔助用的動態連接庫(.dll)都必須位 於jvm.dll所在目錄的父目錄之中。所以想使用哪一個JVM，只須要設置PATH，指向JRE所在目錄下的jvm.dll。

4. 最主流的JDK是Sun公司發佈的JDK，除了Sun以外，還有不少公司和組織都開發了本身的JDK，例如IBM公司開發的JDK，BEA公司的Jrocket，還有GNU組織開發的JDK等等。

 

普及：Java 與 C++ 的區別

• Java 是純粹的面嚮對象語言，全部的對象都繼承自 java.lang.Object，C++ 爲了兼容 C 即支持面向對象也支持面向過程。
• Java 經過虛擬機從而實現跨平臺特性，可是 C++ 依賴於特定的平臺。
• Java 沒有指針，它的引用能夠理解爲安全指針，而 C++ 具備和 C 同樣的指針。
• Java 支持自動垃圾回收，而 C++ 須要手動回收。
• Java 不支持多重繼承，只能經過實現多個接口來達到相同目的，而 C++ 支持多重繼承。
• Java 不支持操做符重載，雖然能夠對兩個 String 對象執行加法運算，可是這是語言內置支持的操做，不屬於操做符重載，而 C++ 能夠。
• Java 的 goto 是保留字，可是不可用，C++ 可使用 goto。
• Java 不支持條件編譯，C++ 經過 #ifdef #ifndef 等預處理命令從而實現條件編譯。

What are the main differences between Java and C++?

 

JRE or JDK

• JRE is the JVM program, Java application need to run on JRE.
• JDK is a superset of JRE, JRE + tools for developing java programs. e.g, it provides the compiler "javac"