Java 语言的起源发展与基本概念(JDK,JRE,JVM)

Java语言的起源

源起

Java语言最初是由Sun Microsystems公司（该公司于2009年被Oracle公司收购）开发的一种编程语言。其创造者是詹姆斯·高斯林（James Gosling），他是一位加拿大计算机科学家。其前身名为Oak（橡树），最初的设计目标是用于智能化家电的编程环境，如电视机、电话、闹钟等家用电器的控制和通信。然而，由于这些智能化家电的市场需求并未如预期般高涨，Sun公司决定调整方向，将Oak语言重新开发和改造。

从Oak到Java

随着万维网（WWW）的迅速发展，Sun公司发现了Oak语言在网络应用上的潜力。他们重新开发了Oak语言，并将其改名为Java。Java这个名字来源于太平洋上一个盛产咖啡的岛屿，寓意着这种语言将像咖啡一样受到人们的喜爱和欢迎。

Java的正式发布

1995年，Sun公司正式发布了Java语言。这个被定位于网络应用的程序设计语言迅速吸引了业界的关注。由于其跨平台性、面向对象编程特性、自动垃圾回收机制以及丰富的API库等优点，Java语言迅速成为了软件开发行业中的重要一员。

归属到 Oralce

Java语言不断发展和完善。Sun公司后被Oracle收购， 推出了包括Java SE（标准版）、Java EE（企业版）和Java ME（移动版）在内的完整产品线，为各种应用场景提供了全面的解决方案。此外，Java还在游戏开发、嵌入式系统、桌面应用等领域得到了广泛应用。

Java的运行原理

Java的运行原理主要涉及编译、类加载、字节码执行和垃圾回收等过程。以下是Java代码从编写到运行的详细解释：

一、编写代码

开发者使用文本编辑器或集成开发环境（IDE）编写Java源代码，文件扩展名为".java"。例如，一个简单的Java程序"HelloWorld.java"可能包含以下代码：

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

二、编译代码

使用Java编译器（javac）将Java源代码编译成字节码。字节码是一种中间表示形式，保存在".class"文件中。编译后的文件为"HelloWorld.class"。

三、类加载

类加载器负责将".class"文件加载到Java虚拟机（JVM）中。Java虚拟机中的类加载器主要有以下几种：

• Bootstrap Class Loader：加载核心Java类库（如rt.jar）。
• Extension Class Loader：加载扩展库（如ext目录下的库）。
• Application Class Loader：加载应用程序的类路径下的类。

加载后的字节码会经过校验器（Bytecode Verifier）的校验，确保字节码的正确性和安全性。校验过程包括：

• 确保字节码不会违反Java语言规范。
• 确保方法调用是合法的。
• 确保类型转换是安全的。

四、字节码执行

JVM的执行引擎负责执行字节码。执行引擎包含解释器和即时编译器（JIT）：

• 解释器（Interpreter）：逐行解释执行字节码。解释执行速度较慢，但启动快。
• 即时编译器（Just-In-Time Compiler, JIT）：将热点代码（频繁执行的代码）编译成本地机器码，提高执行速度。

五、垃圾回收

JVM中的垃圾回收器负责自动管理内存。垃圾回收器会在堆（Heap）中查找不再被引用的对象，并释放其占用的内存。垃圾回收算法主要包括：

• 标记-清除（Mark-Sweep）：标记可达对象，然后清除未标记的对象。
• 复制算法（Copying）：将存活的对象复制到新空间，清除旧空间的所有对象。
• 标记-压缩（Mark-Compact）：标记存活对象并压缩，消除碎片。

六、与其他语言交互

Java本地接口（JNI）允许Java与其他编程语言（如C/C++）进行交互。通过JNI，Java程序可以调用本地方法（native methods），实现与底层系统的交互。

七、Java运行的关键特性

• 跨平台性：Java字节码是平台无关的，JVM在不同平台上提供相同的字节码执行环境。
• 内存管理：JVM自动管理内存，使用垃圾回收机制提高内存使用效率。
• 安全性：字节码校验和沙箱机制增强了Java应用程序的安全性。

综上所述，Java的运行过程是一个从源代码编写、编译成字节码、加载到JVM、执行字节码并自动管理内存的完整流程。Java的跨平台性、内存管理和安全性等特性使得Java程序能够在各种环境中高效、稳定地运行。

JRE，JDK和JVM 概念

• JRE，Java Runtime Environment，Java运行时，是面向Java程序使用者，是Java的运行环境。
• JDK，Java Development Kit：Java开发工具包，是面向开发人员使用的，提供了Java的开发环境和运行环境
• JVM，Java Virtual Machine，Java虚拟机，是Java实现跨平台的最核心部分。

JDK包含JRE，JRE包含JVM。

所有的java程序会变编译成.class的类文件，在JVM上执行，但执行.class类文件时需要调用类库lib，lib存在于JRE中。

什么是JVM

JVM，全称Java虚拟机（Java Virtual Machine），是一个能够运行Java字节码的虚拟计算机。它并不是一种具体的硬件设备，而是一种基于计算机的软件系统，能够模拟硬件环境来执行Java程序。

JVM的主要职责包括：

1. 加载：JVM通过类加载器子系统将Java类的字节码从磁盘加载到内存中。这个过程包括验证字节码的合法性，确保它符合Java语言的规范。

2. 链接：链接过程将加载的类合并到JVM的运行时环境中。这包括将符号引用转换为直接引用，以便在运行时能够快速地找到和使用这些引用。

3. 初始化：在初始化阶段，JVM为类的静态变量分配内存，并执行类中的静态代码块。这是类准备使用的最后一步。

4. 执行：一旦类被加载、链接和初始化，JVM就可以开始执行其中的方法了。Java字节码是由JVM的解释器或即时编译器（JIT）执行的。解释器逐条解释字节码指令并执行它们，而JIT则会将热点代码（即频繁执行的代码）编译成机器码以提高性能。

除了执行Java程序外，JVM还提供了一系列的核心类库，这些类库提供了丰富的功能，如字符串处理、文件操作、网络通信等。这些类库使得Java程序能够轻松地实现各种复杂的功能。

此外，JVM还负责管理内存，包括为对象分配内存和回收不再使用的内存。垃圾回收机制是JVM的一个重要特性，它自动地管理内存，使得Java程序员无需手动释放内存。

JVM的跨平台性是其另一个重要的特性。由于JVM能够模拟硬件环境来执行Java程序，因此Java程序可以在任何安装了JVM的平台上运行，而无需对源代码进行任何修改。这使得Java程序具有极高的可移植性和兼容性。

Java SE、Java EE 和 Java ME

• Java SE , Java2 Platform Standard Edition, 面向个人PC桌面应用程序开发。这个版本以前称为J2SE。包括：

1. Java运行环境(Java Runtime Environment, JRE)，包含基本类库，Java虚拟机，Applet组件等；
2. Java开发工具包(Java Development Kit, JDK)，是JRE的扩展集，包含Java编译器和调试器等；

• JAVA EE, Java2平台企业版(Java2 Platform Enterprise Edition)，主要面向复杂的企业级应用，基于JAVA SE。这个版本以前称为J2EE。
  Java EE 指定了一套规范，提供 Web 服务、组件模型、管理和通信 API，可以用来实现企业级的面向服务体系结构（service-oriented architecture，SOA）和 Web 2.0 应用程序。
• JAVA ME ， Java2平台微型版(Java2 Platform Micro Edition)，主要是面向移动设备、嵌入式设备等的开发，基于Java SE。这个版本以前称为J2ME。

Java 和 Jakarta

一、定义与范畴

1. Jakarta ：
   • Jakarta是一个Java生态系统中的命名空间，旨在为Java技术和规范提供一个开放、中立的基础。
   • 它由Java基金会的一个开放源代码项目组成，提供了一系列的规范和参考实现，例如Jakarta EE、Jakarta Persistence、Jakarta JSON、Jakarta Batch等。
2. Java ：
   • Java是一门面向对象的编程语言，由Sun Microsystems（后被Oracle收购）开发。
   • 它具有简单性、面向对象、分布式、健壮性、安全性、平台独立与可移植性、多线程、动态性等特点。
   • Java平台包括Java SE（标准版）、Java EE（企业版，现已更名为Jakarta EE）和Java ME（微型版）等多个版本。

二、历史与背景

1. Jakarta ：
   • 随着Java技术和规范的不断发展和演变，Java生态系统也在不断变化。为了跟上这种变化，Jakarta项目应运而生。
   • Jakarta项目提供了许多重要的Java技术规范和参考实现，为Java开发人员提供了重要的基础设施和工具。
2. Java ：
   • Java语言自20世纪90年代问世以来，经历了多个版本的更新和升级。
   • 它最初是为了解决嵌入式系统上的跨平台问题而设计的，后来逐渐发展成为一种广泛应用于企业级应用开发、Web开发、移动应用开发等领域的编程语言。

三、关键组件与用途

1. Jakarta ：
   • Jakarta EE（原Java EE）是企业级Java应用程序的一个规范和平台，由一系列的API和技术规范组成。
   • 它提供了常用的API和技术规范，如Servlet、JPA、JMS、JAX-RS等，帮助Java开发人员构建基于Web的企业级应用程序。
   • 除了Jakarta EE之外，Jakarta还涉及到许多其他的项目和规范，如Jakarta Persistence、Jakarta JSON、Jakarta Batch等。
2. Java ：
   • Java语言本身提供了丰富的语法和特性，支持面向对象编程、泛型、异常处理、多线程等概念。
   • Java平台提供了JVM（Java虚拟机）、Java类库、开发工具等关键组件，支持Java应用程序的编译、运行和调试。
   • Java广泛应用于桌面应用开发、Web应用开发、分布式系统开发、嵌入式系统开发等领域。

四、命名空间与包名

1. Jakarta ：
   • 在Java生态系统中，Jakarta作为命名空间出现，用于区分不同的Java技术和规范。
   • 例如，在Apache Tomcat 10.0.x版本中，由于Java EE的迁移，javax被替换成了jakarta。
2. Java ：
   • Java语言使用javax等命名空间来组织类库和API。
   • 例如，在Java EE时代，javax.servlet、javax.websocket等包名被广泛应用于企业级应用开发。

五、总结

综上所述，Jakarta和Java在定义与范畴、历史与背景、关键组件与用途以及命名空间与包名等方面存在明显的区别。Jakarta是Java生态系统中的一个重要项目，提供了许多重要的Java技术规范和参考实现；而Java则是一门面向对象的编程语言，具有广泛的应用领域和丰富的生态系统

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