本节学习目标

清楚Java语言的发展历史以及语言主要特点；
清楚Java代码从源文件到解释执行的大致过程；
理解Java实现可移植性的实现原理；

1️⃣ Java发展简史

1.1 诞生

Java，这个酷炫的编程语言！它发展到如今已经成为了编程世界一个真正意义上的标杆。老实说，在技术开发公司里，大家为了让用户更方便地写程序，都选择用Java作为应用层的代表，通过Java来调用一些底层操作。比如现在流行的Android开发，就是通过Java调用Linux内核操作来搞定的！

如果你之前学过C和C++的话，学Java会觉得眼前一亮！因为Java的语法结构和这些语言超级像！这样的天然优势，正是Java风靡全球的原因之一。没错，Java成了主流应用真的不冤枉。

而要了解Java的发展历程，我们先得回到1991年的那个“GREEN” 项目。当时电子邮件正在风靡一时，有个想法就是利用邮件控制家电设备的运行（有点像现在的物联网概念）。最初，SUN公司的工程师们打算使用C++来开发这个项目，但后来他们发现C++的复杂性过高，于是他们创造出了一个新平台——OAK（橡树）平台。

OAK是为网络而设计的一种精巧且安全的语言，主要由詹姆斯·高斯林设计（见图1）。SUN公司曾用OAK投标一个交互式电视项目，但遗憾的是输给了SGI（硅图）公司。此时的OAK几乎无处可去，然而马克·安德里森所开发的Mosaic（马赛克）和Netscape（网景）却给了OAK项目组以启示。SUN公司的工程师们用Java编写了HotJava浏览器，并得到了公司CEO史考特·麦克里尼（Scott McNealy）的支持，于是引领Java踏上了征服互联网的道路。

图1 Java之父：詹姆斯·高斯林

1.2 发展

1995年，为了推广Java编程语言，SUN公司正式将OAK改名为Java（咖啡），与此同时，随着互联网的迅猛发展，Java也开始在更多的网络项目中广泛使用。Java的发展历程可以概括为以下阶段：

第一阶段（完善期）：从JDK1.0（于1995年发布）到JDK1.2（于1998年发布，Java更名为Java2）。这个阶段主要着重于完善Java语言本身并增强开发工具和类库，重要的更新包括内部类、AWT/Swing GUI库、JDBC数据库访问等；
第二阶段（平稳期）：从JDK1.3到JDK1.4。这个阶段注重于提高性能和稳定性，而少有大规模破坏性改变。重要的更新包括垃圾回收器性能改进、Java Web Start、XML处理API等；
第三阶段（发展期）：从JDK1.5（于2005年发布）到JDK1.7（Oracle收购之后发布）。这个阶段标志着Java全面迈入成熟和创新的阶段，引入了许多重要的新技术和特性。其中最显著的包括泛型、注解、枚举、自动装箱拆箱、增强的循环语法（for-each）、并发编程API（如并发集合类和线程池）、JVM参数调优、更快的JIT编译器等。在Oracle（见图2）接手后，Java的发展仍在继续；
第四阶段（现代化期）：JDK1.8，也被称为Java 8，是Java发展历史上的一个重要里程碑。它引入了许多创新的特性，其中最著名的是函数式编程风格的Lambda表达式和流(Stream) API。Java 8还改进了日期和时间API（java.time包）、默认方法、Optional类等；
第五阶段（演进期）：JDK9至JDK11，在这个阶段，Java继续向前发展并引入一些重要特性，如模块系统（Java Platform Module System），使得更好的组织和管理代码。其他关键更新包括HTTP/2客户端支持、改进的集合工厂方法、响应式流程处理API（Reactive Streams）和JShell交互式编程工具等；
第六阶段（持续演进期）：JDK12以及之后的版本，Java持续演进并在每个版本中加入一些小而有用的特性改进。这些改进包括代码分段（Switch Expressions）、紧凑型数字格式化、预测能力增强等。

总结来说，Java的发展可以分为这六个大的阶段，每个阶段都带来了一系列新技术和重大更新，这些阶段代表了Java不断完善与演进的历程，也使得Java成为现在广泛应用的强大编程语言。随着时间的推移，Java继续发展，并持续在各个领域和平台上焕发光彩。

🔍关于更详细的JDK各个版本的发展历史，可以参阅我的另一篇文章：
【Java基础教程】特别篇：JDK发展史详解

图2 SUN公司、ORACLE公司的LOGO

1.3 分支

Java语言在其产生以来，在许多领域都得到了广泛的技术支持。除了适用于网络应用的JavaEE（Java Enterprise Edition），它还具备强大的硬件支持。Java的开发可以分为三个主要分支：JavaEE、JavaSE和JavaME（见图3）。下面将对这三个分支逐一进行解释。

JavaSE（Java标准版）：最早称为J2SE（Java 2 Platform Standard Edition），在2005年之后更名为JavaSE。JavaSE是Java平台的核心部分，提供了完整的JVM（Java虚拟机）和标准类库，是用于构建应用程序和独立运行的标准开发工具包。无论是桌面应用程序、命令行工具还是其他通用型应用，JavaSE都提供了丰富的功能和库来支持开发；
JavaEE（Java企业级开发）：JavaEE曾被称为J2EE（Java 2 Enterprise Edition），是针对企业级应用开发而设计的。它基于JavaSE，并在其基础上提供了一系列的API和服务，用于开发复杂的、分布式的、可伸缩性强的企业级应用程序。JavaEE提供了诸如EJB（Enterprise JavaBeans）、servlet、JDBC（Java数据库连接）、JMS（Java消息服务）等技术，用于处理事务、持久化、安全性、多线程、通信等企业级需求；
JavaME（Java嵌入式开发）：JavaME原名Micro Edition，针对嵌入式设备和移动设备的开发而设计。它提供了一套精简的Java运行环境和类库，以满足资源有限的设备（如手机、智能卡、传感器等）的需求。JavaME适合在有限的内存和处理能力下运行，提供了移动应用开发所需的API和配置文件。

这三个分支相互补充，满足不同领域的开发需求。JavaSE是基础，JavaEE用于开发大规模的企业级应用，JavaME则专注于嵌入式和移动设备开发。通过使用这些分支，Java语言成为了一个全面的、跨平台的开发工具。

图3 JavaEE、JavaSE和JavaME间的关系及作用

2️⃣ 特征

Java语言具有许多强大的特性，吸引了众多程序员。以下是对这些特性进行详细介绍：

简洁有效：Java语言注重简洁性和可读性，采用清晰的语法和面向对象的编程范式，使得代码易于编写、理解和维护。Java还提供了丰富的类库和工具，使开发变得高效和快速。
可移植性：Java被设计为一种可移植的语言，可以在不同平台上运行，如Windows、Mac、Linux等，而无需修改源代码。这得益于Java虚拟机（JVM）的存在，它提供了一个独立于操作系统的执行环境。
面向对象：Java是一种纯粹的面向对象编程语言，所有的代码必须位于类中。这种编程范式使得代码结构清晰且易于扩展，促进了可重用性和模块化开发。
解释型：Java使用解释器直接将源代码转换为字节码，并由JVM动态地解释执行字节码。这种特性使得Java具有跨平台的能力，同时也为动态性和灵活性提供了基础。
适合分布式计算：Java内置了用于网络通信的行业标准API，如Socket、RMI（远程方法调用）、CORBA（公共对象请求代理体系结构）等。这使得Java成为开发分布式应用和网络服务的强大工具。
较好的性能：Java通过JIT（即时编译）将热门的字节码编译为本地机器代码，提高了执行速度。此外，Java使用垃圾回收器自动管理内存，减轻了开发者负担，并且可优化内存使用效率。
健壮性：Java具备强大的异常处理机制，可以有效地处理错误和异常情况，增加程序的稳定性。此外，Java还提供了严格的类型检查和内存管理，减少了潜在的运行时错误。
多线程处理能力：Java天生支持多线程编程，提供了丰富的并发编程库和工具，使得开发者可以轻松创建并发应用。多线程能力有助于提高程序的响应性和资源利用率。
高安全性：Java内置了一些安全性特性，如沙箱安全模型、类加载检查、安全管理器等。这使得Java在 Internet环境下能够安全地执行代码，防止恶意行为和安全漏洞。
动态语言：Java虚拟机（JVM）支持动态语言功能，允许对字节码进行动态生成和修改。这为Java提供了动态加载、反射、代理等强大的能力，使得开发更加灵活和可扩展。
丰富的类库：Java拥有庞大的类库生态系统，既包含核心类库（如集合、IO、网络等），也有第三方库和框架（如Spring、Hibernate等）。这些类库为开发者提供了广泛的功能组件和工具，简化了开发过程，提升了开发效率。

这些特性共同构成了Java的优势，使其成为一种广泛应用和受欢迎的编程语言。

3️⃣ 代码执行过程

清楚了以上Java语言的主要特点后，下面再来看一下Java语言的运行机制。首先计算机高级语言类型主要有编译型和解释型两种：

🔍关于编译型语言和解释性语言的区别？

计算机不能直接的理解高级语言，只能直接理解机器语言，所以必须要把高级语言翻译成机器语言，计算机才能执行高级语言的编写的程序。翻译的方式有两种，一个是编译，一个是解释。

解释性语言是指它常用的执行机制是使用一个“解释器”来执行，解释器对于程序是一句一句“翻译”成机器语言来执行，例如shell脚本语言；
编译型语言是指它常用的执行机制是使用一个“编译器”来编译成机器语言，然后就可直接执行这个编译好的“可执行文件”，例如C语言。

不管是解释性语言还是编译型都可编译或解释，前提是有这样的编译器或解释器。所以各种编程语言本质没什么不同，所谓的“解释性”和“编译”指的是执行机制上的不同。

而Java是两种类型的集合，Java中处理代码的过程（如图4）如下：

图4 Java的代码执行过程

Java程序文件的后缀是“*.java”，而任何一个*.java程序首先必须经过编译，编译之后会形成一个*.class的文件（字节码文件），而后在计算机上执行，但是解释程序的计算机并不是一台真正意义上的计算机，而是一台由软件和硬件模拟出来的计算机——Java虚拟机（JavaVirtualMachine，JVM）。

在Java中所有的程序都是在JVM上运行的，Java虚拟机（JVM）读取并处理经过编译的与平台无关的字节码*.class文件。Java解释器负责将Java虚拟机的代码在特定的平台上运行。JVM实现可移植性的原理（如图5）如下：

图5 JVM实现可移植性的原理

Java虚拟机的最大作用体现在平台的支持上，通过图5可以发现，所有要解释的程序都要在JVM上执行，并且由不同版本的JVM匹配不同的操作系统，这样只要JVM的支持不变，程序就可以任意地在不同的操作系统上运行。但是这种运行方式很明显没有直接运行在操作系统上性能高，不过随着硬件技术的发展，这些问题几乎可以忽略。