因为是刚开始了解 Java，所以感觉还是记得详尽一些比较好。以后的笔记可能会更精简。

1.1 - Java 语言概述

1.1.1 - Java 的发展历史

Java 最初由 Sun Microsystems 的 James Gosling（詹姆斯·高斯林）等人开发，其发展经历了以下几个重要阶段。

Java 早期版本更新周期较长，自 Java 9 起逐步采用约每六个月发布一个特性版本的机制。

1.1.2 - Java 的主要特点

一、面向对象

Java 以类（Class）和对象（Object）为核心，支持面向对象程序设计的主要机制：

• 封装（Encapsulation）：隐藏对象内部实现细节，通过公开接口访问对象。
• 继承（Inheritance）：允许子类复用和扩展父类的属性与行为。
• 多态（Polymorphism）：允许同一接口或方法调用表现出不同的行为。

但 Java 并不是纯粹的面向对象语言，因为它还提供 int、double、boolean 等基本数据类型，它们不是作为对象存在的（反例有 SmallTalk 和 Ruby 语言，它们的数字、布尔等基础值也是对象）。

二、跨平台

Java 的跨平台能力主要依赖 JVM。Java 程序并不是通常情况下直接编译成某一操作系统的机器码，而是先编译成平台无关的字节码（Bytecode），再由对应平台的 JVM 执行。

因此，Java 字节码具有平台无关性，而 JVM 本身具有平台相关性，这是 Java 实现“一次编写，到处运行”的基础。

三、自动内存管理

Java 通过垃圾回收机制（Garbage Collection，GC）自动回收不再被使用的堆对象所占用的内存。

（但是，Java 的自动内存管理并不意味着完全不会发生内存泄漏，也不意味着文件、数据库连接等外部资源可以完全依靠 GC 自动管理。）

四、静态类型与强类型

Java 是静态类型语言，变量和表达式的类型在编译阶段受到检查，编译器能够提前发现许多类型错误，例如：

int age = 20;
age = "Hello"; // 编译错误

Java 对类型转换有明确的规则，不允许任意将不同类型的数据相互赋值。此外，Java 在变量声明、方法参数、返回值以及泛型等方面提供了完整的类型系统。

五、多线程（Multithreading）

Java 内置多线程支持，能够通过 Thread、Runnable 及其他并发 API 实现并发程序。这是 Java 开发服务器程序、处理并发请求及后台任务的重要技术基础。

六、健壮性和安全性

Java 通过多种语言和运行时机制提高程序的可靠性与安全性，包括：

• 编译时类型检查；
• 数组边界检查；
• 异常处理机制；
• 自动内存管理；
• 字节码验证；
• 不提供 C 语言那样直接进行任意指针运算的能力。

这些机制能够降低部分常见错误发生的风险，但并不意味着 Java 程序天然不会出现安全漏洞。

1.2 - Java 平台

1.2.1 - Java 平台的组成部分

JVM（Java 虚拟机）

JVM 的主要职责包括：

• 类加载（Class Loading）：将类的字节码加载到 JVM 中。
• 字节码执行（Bytecode Execution）：通过解释执行、即时编译器（JIT）等机制执行字节码。
• 运行时内存管理（Runtime Memory Management）：管理堆、Java 虚拟机栈等运行时数据区域。
• 垃圾回收（Garbage Collection）：自动回收不再可达的对象所占用的堆内存。

Java API

Java API（Java 应用程序编程接口）是一套“规范”，它告诉你可以调用那些类、方法，传入什么参数，会返回什么结果；其具体实现称为 Java 标准类库（Java Class Libraries），标准类库中是已经打包好的 .class 文件和 .jar 包。

例如，常见的 Java SE API 有：

JRE（Java 运行环境）

JRE 包括了：

• JVM；
• Java API（或者说标准类库）；
• 其他运行时支持组件。

JRE 的主要目标是运行 Java 程序，而不是开发 Java 程序。

JDK（Java 开发工具包）

开发工具（Tools For Developing Applications）包括了一系列命令行工具（在 JDK 的 bin 目录下），例如：

因为 JRE 包含在 JDK 中，所以在现代 Java 开发中，通常只需要安装 JDK，无需另外安装 JRE。

1.2.2 - Java 平台的不同版本

Java 平台体系有三个主要方向，它们都包含 JVM 和一套应用程序编程接口（API）：

其中，Java SE 是学习 Java 的基础。Java SE 涵盖 Java 语言本身及其标准 API，例如面向对象、字符串、异常处理、集合框架、泛型、输入输出以及多线程基础等。

1.3 - Java 开发环境

1.3.1 - Java 开发环境的基本组成

关于 JDK 的版本和发行版：

关于 IDE（集成开发环境）的选择：

1.3.2 - Windows 系统开发环境配置

一、安装 JDK

如果你不想自己安装和配置 JDK，并且决定使用 IntelliJ IDEA，可以后续在 IDEA 中安装 JDK，IDEA 可以帮助你完成这些操作。

不出意外的话，下载好镜像或安装程序后，启动并一路点击下一步即可。建议直接安装到默认路径，除非你不想在 C 盘安装任何软件。JDK 目录通常包含以下内容：

jdk-25/
├── bin/        # Java 所有的命令行工具都在 bin 文件夹中
├── conf/       # 配置文件
├── include/    # 本地方法接口相关头文件
├── jmods/      # Java 模块文件
├── legal/      # 许可及法律声明
├── lib/        # JDK 内部使用的文件
└── release     # JDK 版本等信息

二 、配置环境变量

部分 JDK 安装程序可能会自动配置。

1. JAVA_HOME：新建系统变量，值为 JDK 安装目录（例如 C:\Program Files\Java\jdk-25）；

2. Path：在 Path 中追加 %JAVA_HOME%\bin；

3. CLASSPATH：一般无需手动配置。

配置完成后可以在命令行中使用 java -version 和 javac -version 验证：

三、安装 IntelliJ IDEA

对于 Java SE 和后端开发，推荐使用 IntelliJ IDEA，下载地址：

按照安装程序的提示操作即可，可以在安装时选择让 IDEA 与 .java、.kt 等扩展名的文件相关联，之后打开 .java 等类型的文件可直接启动 IDEA。

1.4 - 第一个 Java 程序

1.4.1 - Java 程序的结构

这是一个最简单的 Java 程序，其功能实在控制台输出 “Hello, World!”：

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

【第 1 行】 public class HelloWorld ：

• public（访问修饰符）：告诉编辑器对该类的访问权限，也可以是 private 或 protected；
• class（关键字）：此关键字用于声明类，之后紧跟类的类名（HelloWorld）。类是 Java 程序组织代码的重要单位，可以包含变量、函数等成员。

【第 2 行】 public static void main(String[] args) ：

• static（关键字）：声明该方法是静态方法（以后讲解）；
• void（关键字）：声明该方法不返回任何值，与 C 语言一致；
• main（方法名）：main 方法是传统 Java 应用程序的入口方法。启动程序时，会自动调用符合要求的 main 方法；
• String[] args（参数）：用于接收命令行参数；

【第 3 行】 System.out.println("Hello, World!"); ：

• 该语句调用标准输出流的方法，将指定的字符串输出到控制台，并换行；
• println 里的 ln 是 line 的缩写，所以是输出一行的意思；也存在一个 print 方法，唯一的区别是不会在末尾追加换行。

一个 Java 源文件的逻辑结构：

Java 源文件（.java）
│
├── package 声明（可选）
├── import 声明（可选）
│
└── 顶层类型声明
    └── class HelloWorld
        ├── 字段（可选）
        ├── 构造器（可选）
        └── 方法
            └── main()
                └── 可执行语句

1.4.2 - 在命令行中编译并运行 Java 程序

一、编译并运行一个 Java 程序

Java 开发并不依赖 IntelliJ IDEA 等集成开发环境，我们之前提到：只要安装了 JDK，就可以使用文本编辑器编写 Java 源文件，然后通过命令行完成编译和运行。

1. 编译 Java 源代码：在源文件所在目录打开 PowerShell 或 CMD，执行 javac [文件名] 命令。

   $ javac HelloWorld.java

2. 若编译成功，通常不会输出任何信息，但目录中会增加一个 .class 文件。这是是编译后的类文件，内部存储的是供 JVM 执行的字节码及相关元数据。

   D:\JavaStudy\HelloWorld\
   ├── HelloWorld.java
   └── HelloWorld.class

3. 运行 Java 程序：编译成功后，在同一目录执行 java [类名] 命令。

   $ javac HelloWorld.java
   $ java HelloWorld
   Hello, World!
   $

二、直接运行 Java 源文件

对于简单的程序，可以使用 java [文件名] 命令（例如 java HelloWorld.java），直接启动源文件形式的 Java 程序（但这并不意味着 Java 不再需要编译，而是 Java 启动器会在内部完成所需的编译和执行步骤）。

三、传递命令行参数

前面提到，main 方法中的 String[] args 用于接收命令行参数。这一机制与 C 语言中通过 main(int argc, char *argv[]) 接收命令行参数有相似之处，但 Java 直接提供了字符串数组，参数数量可以通过 args.length 获取。

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, " + args[0]);
    }
}

编译并运行（在运行时传入一个参数 Duguiyu，它会作为一个字符串存储在 args[0] 中）：

$ javac HelloWorld.java
$ java HelloWorld Duguiyu
Hello, Duguiyu
$

1.4.3 - 在 IntelliJ IDEA 中编写 Java 程序

相较于手动执行 javac 和 java，IDEA 可以自动完成许多重复操作，但底层仍然需要使用 JDK 提供的编译与运行能力。

一、创建一个 Java 项目

打开 IntelliJ IDEA，在欢迎界面选择 New Project。IDEA 会自动识别已经安装好的 JDK，也提供直接下载和配置的选项。

二、IDEA 的项目结构

创建项目后，IDEA 会自动生成项目目录及配置文件，一个简单的项目可能具有如下结构：

HelloWorld/
├── .idea/               # IDEA 项目配置
├── src/                 # 源代码目录
│   └── HelloWorld.java  # Java 源代码
├── out/                 # 编译输出目录（编译后出现）
└── HelloWorld.iml       # 模块配置文件（视版本和设置）

• Project（项目）：是 IDEA 管理代码、模块、依赖、构建设置及运行配置的工作单位；
• Module（模块）：是项目中的一个逻辑组织单位，可以具有自己的源代码目录、依赖及 SDK 配置。简单 Java 项目通常只需要一个模块；
• Source Root（源代码根目录）：是用于存放源代码的目录，通常是 src，IDEA 会将其识别为 Java 源代码目录。src 是常见的项目目录约定，不是 Java 语言强制要求的目录名称。

三、创建 Java 类

可以在 src 目录中，右键选择 New → Java Class 创建一个类，IDEA 会自动创建 .java 文件，包含类的基本结构。

public class HelloWorld {
 
}

四、运行和调试程序

IDEA 中点击 Run，本质上相当于替开发者完成构建并启动 Java 程序的过程。

IDEA 一般会将编译生成的 .class 文件放在配置的输出目录（例如 out/production/HelloWorld/），而不一定与 .java 文件存放在一起。

除了直接运行，IDEA 还支持调试（Debugging）。调试是指在程序运行过程中暂停执行、检查变量、逐步执行语句，以定位程序错误的过程。

例如以下代码，可在第 6 行左侧单击左键，设置一个断电（Breakpoint），然后选择调试运行，程序在执行到断点时就会暂停，此时可以观察变量的值，并逐步执行程序。

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
 
        int sum = a + b;
        System.out.println(sum);
    }
}

1.5 - Java 代码规范

代码规范是指是指在编写程序时，开发者共同遵循的一系列命名、排版、注释和编码约定，目的是让程序更容易阅读、理解、维护和协作开发。

Java 并不存在一套所有项目都必须遵守的统一代码风格，目前值得参考的规范包括 Google Java Style Guide 以及 Oracle 的 Java 命名约定。