Java – #1 – 语言基础知识

这个笔记假定你有一定的编程语言基础，不过只需要非常少量的基础。如果你大致明白什么是程序语言，能简单使用一些 if/else 语句就属于“有一定基础”的范畴了。

1.1 – Java 简介和环境配置

1.1.1 – Java 简介

一、历史

Java 是目前全球最流行的编程语言之一。Java 可运行于多个平台，如 Windows, Mac OS 及其他多种 UNIX 版本的系统。

它是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的高级程序设计语言，这个项目的领导者是詹姆斯·高斯林（James Gosling），他被誉为“传统意义上的Java 之父”。

这个项目最初名为 Oak 语言，其设计目标是用于数字电视、机顶盒等消费类电子产品的开发，模仿了 C++。就在这时，互联网开始兴起，Oak 这种“一次编写、随处运行”的特点仿佛是为浏览器量身定制，于是团队决定转型。在注册商标时，他们发现 Oak 名称已被占用。在喝咖啡时，他们决定将这门语言改名为 Java，这是印尼爪哇岛咖啡的名称（因此 Java 的图标是一杯咖啡）。

如今，Java 已经被广泛应用于后端开发、Android 开发、大数据技术、科学计算和中间件等领域。

二、主要版本

1998 年起，Java 语言被分为三个版本：

• Java SE – Java 的标准版，用于桌面应用的开发，是另外两个版本的基础；
• Java ME – Java 的小型版，用于嵌入式电子设备或小型移动设备的开发；
• Java EE – Java 的企业版，用于 Web 开发；

这三个版本的主要区别是工具包和 JVM 不同，在 1.1.3 有更多说明。

三、Java 是一门混合型语言

为了兼顾执行效率和跨平台特性，Java 在运行时：

1. 先将 .java 后缀的 Java 源文件通过 javac 编译器编译为 .class 后缀的字节码（Bytecode）文件；
2. JVM（Java 虚拟机）加载字节码文件，解释器立即开始逐行解释和执行字节码；
3. 当 JVM 发现热点代码时，JIT（Just-In-Time）编译器将其编译为本地机器码并缓存，提高运行速度。

1.1.2 – Java 环境配置

一、环境配置

在 Windows 系统下配置 Java：

1. 下载 JDK（Java 开发工具包），地址：https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/；
2. 添加环境变量 JAVA_HOME，值为 JDK 所在路径；
3. 在环境变量 PATH 中新增 %JAVA_HOME%\\bin ；

检验 JDK 是否成功配置：

二、尝试编译一个 Java 程序

在 CMD 中使用 javac 命令进行编译，再使用 java 命令即可运行。例如这个 Java 程序：

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

$ javac HelloWorld.java
$ java HelloWorld
Hello World

$ javac HelloWorld.java
$ java HelloWorld
Hello World

使用 javac 命令后，虽然没有任何提示，但是如果成功编译、没有错误的话，会出现一个名为 HelloWorld.class 的文件。

需要注意的地方：

• Java 是大小写敏感的；
• 类名中的每个单词的首字母都应大写（大驼峰法）；方法名都应以小写开头，从第二个单词开始首字母大写（小驼峰法）；
• 源文件名必须与类名完全相同；
• 所有的 Java 程序都由 public static void main(String[] args) 方法（主方法）开始执行。

三、输入和输出的方法

在 Java 中使用 Scanner 类的方法获取用户输入：

//1. 导包
import java.util.Scanner;

public class ScannerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //2. 创建对象
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        //3. 接收数据
        int i = sc.nextInt();
        
        System.out.println(i);
    }
}

//1. 导包
import java.util.Scanner;

public class ScannerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //2. 创建对象
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        //3. 接收数据
        int i = sc.nextInt();
        
        System.out.println(i);
    }
}

在 Java 中使用 System 类的方法进行输出：

System.out.println("Hello World");

System.out.println("Hello World");

在知道了以上内容之后你就可以用去打 ACM 了。

1.1.3 – JVM、JRE、JDK……？

一、JVM (Java Virtual Machine)

所有的 Java 程序都运行在 JVM 上，JVM 是实现“一次编译、随处运行”的关键。

二、JRE (Java Runtime Environment)

Java 运行时环境，是运行 Java 程序所必须的最小集合，仅包含 JVM + 核心类库（核心类库：如字符串处理、I/O 库等）。

适用于只想在电脑上运行一个 Java 程序的用户。

三、JDK (Java Development Kit)

Java 开发工具包，包含了 JVM + 核心类库 + 开发工具（开发工具：如 javac 编译器、jdb 调试器、javadoc 文档生成器、jhat 内存分析工具……）。

适用于想在电脑上进行 Java 开发的开发者。

1.2 – Java 基础知识

1.2.1 – 注释

Java 注释有三个类型：单行注释、多行注释和文档注释。单行注释以 // 开头；多行注释以 /* 开头，*/ 结尾；文档注释以 /** 开头，*/ 结尾，通常出现在类、方法、字段等的声明之前，用于生成代码文档，这种注释可以被 Javadoc 等工具提取并生成 API 文档。

文档注释支持识别很多标签，标签以 @ 开头，例如：

1.2.2 – 关键字和字面量

一、关键字

关键字就是被 Java 赋予了特定含义的单词，关键字的字母全部小写。例如 class 关键字，用于创建、定义一个类。类是 Java 最基本的组成单元。

二、字面量

字面量（Literal）指的是源代码中直接写出来的、固定不变的值。例如 10、3.14 或者 "Hello"。

字面量有一些常用的前缀和后缀，用于标识特定的数据。

补充知识：

• 为提高代码可读性，Java 7 以后允许在数字字面量中间插入下划线，例如 int money = 1_000_000; ，这等同于 1000000 ；
• 对于 Java 15 以后的版本，可以用三个双引号标记一个“文本块”，三引号内可以填入任意字符，包含空格和换行符；
• 与 C 语言一样，Java 支持基本的转义字符。

1.2.3 – 变量和数据类型

一、变量

Java 中变量的声明、赋值和使用的方式与 C 语言完全一致。变量的命名规则：

• 使用有意义的名字： 变量名应该具有清晰的含义，能够准确地反映变量的用途。避免使用单个字符或无意义的缩写；
• 驼峰命名法（Camel Case）： 在变量名中使用驼峰命名法，即将每个单词的首字母大写，除了第一个单词外，其余单词的首字母都采用大写形式。例如：myVariableName；
• 避免关键字，区分大小写，不以数字开头。

二、数据类型

Java 有两大数据类型：基本数据类型 (Primitive Types) 和引用数据类型 (Reference Types)。

引用数据类型不直接存储具体数值，而是存储对象的地址（内存引用）。引用本身（例如类、接口、数组、枚举等）位于栈内存，其指向的对象存储在堆内存中的一块区域，引用类型的赋值是地址拷贝。

内置（基本）数据类型由 Java 预先定义，直接存储具体数值，存储在栈内存中。与引用数据类型相比，基本数据类型的访问速度快，占用内存小。基本类型的赋值是值拷贝。

在类型转换时的大小关系是：double > float > long > int > short > byte；