Java概述

Java发展史

Sun公司与1995年5月推出的Java程序设计语言和Java平台的总称。Java语言是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言。Java语言本身的面向对象、分布式、体系结构中立、可移植、高性能、多线程、多态性以及跨平台的特点，使其成为当前最流行的网络编程语言之一。

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Java语言的产生

1. 网络与计算环境的催生

   在经历了以大型机为代表的集中计算模式和以PC机为代表的分散计算模式之后，互联网的出现使得计算模式进入了网络计算时代。网络计算模式的一个特点是计算机是异构的，即计算机的类型和操作系统是不一样的，例如SUN工作站的硬件是SPARC体系，软件是UNIX中的Solaris操作系统，而PC机的硬件是INTEL体系，操作系统是windows或者是Linux;网络计算模式的另一个特点是代码的网络迁移特性，这迫切需要一种跨平台的编程语言，使得程序能够在网络中的各种计算机上能够正常运行。

2. 面向对象、健壮性、易用性

   在面向对象的思想引入到编程语言之后，C语言就被改造成为面向对象的C＋＋语言，得到了广泛的应用。但是C＋＋语言必须兼容C语言，因此C＋＋语言是面向过程和面向对象混合的语言。其复杂的内存管理，指针操作使得C++语言的易用性下降，同时程序的健壮性受到人为因素的影响很大。Java号称完全的面向对象的编程语言，充分吸取了C＋＋语言的优点，采用了程序员所熟悉的C和C＋＋语言的许多语法，同时又去掉了C语言中指针、内存申请和释放等影响程序健壮性的部分以及复杂的多重继承特性。

Java语言设计者的思想就是设计一个面向对象的、跨平台的、易用性强、分布式的高效语言。因此，其被设计为半编译半解释型语言。程序编译解释执行均由Java虚拟机（Java Virtual MachineJava， JVM）管理，由于程序执行编译执行不再依靠本地编译器，使得Java语言编写的程序能够做到跨平台。Java语言号称一切均为对象，但是创建对象就意味着耗时耗内存，因此为了兼顾效率，其仍旧支持基本的数据类型；关于易用性和健壮性其抛弃了C++支持的指针，而是采用一种受限的指针，称之为引用，来进行管理，使得语言的易用性更强；另外，Java抛弃了C++多重继承，而是采用单继承和接口的方式替代复杂的多重继承。

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Java的工作原理

1. Java虚拟机(JVM)

   Java虚拟机是软件模拟的计算机，可以在任何处理器上（无论是在计算机中还是在其它电子设备中）安全并且兼容的执行保存在.class文件中的字节码。java虚拟机的”机器码”保存在.class文件中，有时也可以称之为字节码文件。java程序的跨平台主要是指字节码文件可以在任何具有Java虚拟机的计算机或者电子设备上运行，Java虚拟机中的Java解释器（java命令）负责将字节码文件解释成为特定的机器码进行运行.但是, Java虚拟机的建立需要针对不同的软硬件平台做专门的实现，既要考虑处理器的型号，也要考虑操作系统的种类。目前的主流操作系统UNIX、Linux、windows和部分实时操作系统上都有Java虚拟机的实现。

2. 内存自动回收管理系统

   在Java运行环境中，始终存在着一个系统级的线程，专门跟踪内存的使用情况，定期检测出不再使用的内存，并进行自动回收，避免了内存的泄露，也减轻了程序员的工作量。（详细请参考Orcale JVM规范）

3. 代码安全性检查机制

   字节码的执行需要经过三个步骤，首先由类装载器（class loader）负责把类文件（.class文件）加载到JVM中，在此过程需要检验该类文件是否符合类文件规范；其次字节码校验器（bytecode verifier）检查该类文件的代码中是否存在着某些非法操作，例如applet程序中写本机文件系统的操作；如果字节码校验器检验通过，由java解释器负责把该类文件解释成为机器码进行执行。JVM采用的是”沙箱”运行模式，即把Java程序的代码和数据都限制在一定内存空间里执行，不允许程序访问该内存空间外的内存，如果是applet程序，还不允许访问客户端机器的文件系统。

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Java与C/C++的比较

1. 全局变量

   Java程序不能定义程序的全局变量，而类中的公共、静态变量就相当于这个类的全局变量。这样就使全局变量封装在类中,保证了安全性,而在C/C++语言中，由于不加封装的全局变量往往会由于使用不当而造成系统的崩溃。

2. 条件转移指令

   C/C++语言中用goto语句实现无条件跳转，而Java语言没有goto语句，通过例外处理语句try、catch、finally来取代之，提高了程序的可读性，也增强了程序的鲁棒性。

3. 指针

   指针是C/C++语言中最灵活，但也是最容易出错的数据类型。用指针进行内存操作往往造成不可预知的错误，而且，通过指针对内存地址进行显示类型转换后，可以类的私有成员，破坏了安全性。在Java中，程序员不能进行任何指针操作，同时java中的数组是通过类来实现的，很好的解决了数组越界这一C/C++语言中不做检查的缺点。

4. 内存管理

   在C语言中，程序员使用库函数malloc()和free()来分配和释放内存，C++语言中则是运算符new和delete。再次释放已经释放的内存块或者释放未被分配的内存块，会造成系统的崩溃，而忘记释放不再使用的内存块也会逐渐耗尽系统资源。在Java中，所有的数据结构都是对象，通过运算符new分配内存并得到对象的使用权。无用内存回收机制保证了系统资源的完整，避免了内存管理不周而引起的系统崩溃。

5. 数据类型的一致性

   在C/C++语言中，不同的平台上，编译器对简单的数据类型如int、float等分别分配不同的字节数。例如：int在IBM PC上为16位，在VAX-11上就为32位，导致了代码数据的不可移植。在Java中，对数据类型的位数分配总是固定的，而不管是在任何的计算机平台上。因此就保证了Java数据的平台无关性和可移植性。

6. 类型转换

   在C/C++语言中，可以通过指针进行任意的类型转换，不安全因素大大增加。而在java语言中系统要对对象的处理进行严格的相容性检查，防止不安全的转换。

7. 头文件

   在C/C++语言中使用头文件声明类的原型和全局变量及库函数等，在大的系统中，维护这些头文件是非常困难的。Java不支持头文件，类成员的类型和访问权限都封装在一个类中，运行时系统对访问进行控制，防止非法的访问。同时，Java中用import语句与其它类进行通信，以便访问其它类的对象。

8. 结构和联合

   C/C++语言中用结构和联合来表示一定的数据结构，但是由于其成员均为公有的，安全性上存在问题。Java不支持结构和联合，通过类把数据结构及对该数据的操作都封装在类里面。

9. 预处理

   C/C++语言中有宏定义，而用宏定义实现的代码往往影响程序的可读性，而Java不支持宏定义。

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Java编程规范

1. Java语言程序示例
   Java程序分为Java application（Java应用程序）和 Java applet（Java小应用程序）两种。文件的代码中引用了系统所提供的额外的类，通过import语句引入。其中类库”java.lang”会在每个Java文件中默认导入。 注：后面将略过applet

package com.jdk;
import java.util.Date;
import java.util.Properties;
public class Test00 {
    public static void main(String[] args){
        //在命令行下面打印日期
        System.out.println(new Date());
        //获取系统的Properties对象prop,getProperties()是System类的静态方法
        Properties prop = System.getProperties(); 
        //list()方法，它将自己的全部内容发给一个PringStream对象
        prop.list(System.out);
        System.out.println("********Memory*****");
        Runtime rt = Runtime.getRuntime();
        //通过调用Runtime的getRuntime()方法创建了Runtime，该对象包含了内存等信息
        System.out.println("Total Memory = " 
                            + rt.totalMemory() //总内存 
                            + "\nFree Memroy = "
                            + rt.freeMemory() //空闲内存
                           );
    }
}

1. Java源程序规范结构

package语句； //该部分至多只有一句，必须放在源程序的第一句
　　import语句； /*该部分可以有若干import语句或者没有，必须放在所有的类定义之前*/
　　public classDefinition； //公共类定义部分，至多只有一个公共类的定义
　　　　　 　//java语言规定该java源程序的文件名必须与该公共类名完全一致
　　classDefinition; //类定义部分，可以有0个或者多个类定义
　　interfaceDefinition; //接口定义部分，可以有0个或者多个接口定义
例如一个java源程序可以是如下结构，该源程序命名为HelloWorldApp.java：
　　　package javawork.helloworld; /*把编译生成的所有.class文件放到包javawork.helloworld中*/
　　　import java.awt.*; 　//告诉编译器本程序中用到系统的AWT包
　　　import javawork.newcentury; /*告诉编译器本程序中用到用户自定义的包javawork.newcentury*/
　　　public class HelloWorldApp{......} /*公共类HelloWorldApp的定义，名字与文件名相同*/
　　　class TheFirstClass{......} //第一个普通类TheFirstClass的定义
　　　class TheSecondClass{......} //第二个普通类TheSecondClass的定义
　　　　　　　　　　　　　　...... //其它普通类的定义
　　　interface TheFirstInterface{......} /*第一个接口TheFirstInterface的定义*/
　　　　　　　　　　　　　　...... //其它接口定义

对上述的解释：

• package语句
  包在实际的实现过程中是与文件系统相对应的，例如javawork.helloworld所对应的目录是path/javawork/helloworld，而path是在编译该源程序时指定的。比如在命令行中编译上述HelloWorldApp.java文件时，可以在命令行中敲入”javac -d f:/javaproject HelloWorldApp.java”，则编译生成的HelloWorldApp.class文件将放在目录f:/javaproject/javawork/helloworld/目录下面，此时f:/javaprojcet相当于path。但是如果在编译时不指定path，则生成的.class文件将放在编译时命令行所在的当前目录下面。比如在命令行目录f:/javaproject下敲入编译命令”javac HelloWorldApp.java”，则生成的HelloWorldApp.class文件将放在目录f:/javaproject下面，此时的package语句相当于没起作用。
• import语句
  如果在源程序中用到了除java.lang这个包以外的类，无论是系统的类还是自己定义的包中的类，都必须用import语句标识，以通知编译器在编译时找到相应的类文件。
• 源文件的命名规则
  如果在源程序中包含有公共类的定义，则该源文件名必须与该公共类的名字完全一致，字母的大小写都必须一样。这是java语言的一个严格的规定，如果不遵守，在编译时就会出错。因此，在一个Java源程序中至多只能有一个公共类的定义。如果源程序中不包含公共类的定义，则该文件名可以任意取名。如果在一个源程序中有多个类定义和接口定义，则在编译时将为每个类生成一个.class文件。(每个接口编译后也生成.class文件)
  

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其他建议

• a. 包名
  包名是全小写的名词，中间可以由点分隔开，例如：java.awt.event 。
• b. 类名
  有意的标识符表示, 规范的书写驼峰命名法, 例如 class Collections
• c. 接口
  有意的标识符表示,命名规则与类名相同，例如interface Collection
• d. 方法名
  有意的标识符表示，通常首字母小写，推荐驼峰命名法，并且表示有意以的动词
• e. 变量名
  有意的标识符表示，通常为首字小写，并且为名词
• f. 常量名
  基本数据类型的常量名为全大写，如果是由多个单词构成，可以用下划线隔开，例如：int YEAR, int WEEK_OF_MONTH；如果是对象类型的常量，则是大小写混合，由大写字母把单词隔开。

Java注释

• 单行注释: 从”//”开始到本行结束的内容都是注释，
• 多行注释：在”/“和”/”之间的所有内容都是注释，
• 文档注释：在注释方面java提供一种C/C++所不具有的文档注释方式。其核心思想是当程序员编完程序以后，可以通过JDK提供的javadoc命令，生成所编程序的API文档，而该文档中的内容主要就是从文档注释中提取的。该API文档以HTML文件的形式出现，与java帮助文档的风格与形式完全一致。凡是在”/*”和”/”之间的内容都是文档注释。例如下面的DocTest.java文件：

 

 /* 类注释 / 

public class DocTest{ 

    /* 变量注释/ 

　　public int i; 

　　/* 方法注释 / 

  　public void count( ) {} 

} 

　　
运行”javadoc -d ./doc DocTest.java”，就在当前目下的doc目录中生成了介绍类DocTest的index.html等文件。
注意：生成的doc文档包括一系列的.html文件和资源文件，javadoc仅生成public和protected标识的属性和方法，private标示的不显示在index.html文件中。每个public或protected 声明的上面的/ * …/内容为该声明的注释。如/ * 变量注释，下面这个变量主要是充当整数计数 /为属性i的注释。如果在该.java文件中包含其他类声明(如class subclass1等)，javadoc不为其包含的子类生成任何说明文档，因为没有public关键字。