[Java知识库]大数据开发理论基础与项目实战（一）Java SE之1.初识计算机和Java语言

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前言

本文的主题是初识计算机和Java语言，主要包括计算机的体系结构（计算机的基本概念、常见的主要硬件和软件、计算机的体系结构）、Java语言概述（计算机语言的发展、Java语言的发展和Java语言的主要版本）和开发环境的搭建（开发环境的搭建和安装、编写Java程序的流程、环境变量的配置和跨平台原理）等。

1.计算机的体系结构

（1）计算机的基本概念

计算机：

• 高级计算

• 使用广泛

????- 游戏

????- 追剧

????- 结账

????- 医疗

????- ……

• 组成

????- 硬件

????????客观存在的设备，看得见、摸得着

????- 软件

????????控制硬件完成功能，看得见、摸不着

（2）常见的主要硬件

• 中央处理器CPU

• 内存

• 硬盘
  存储文件。

• 输入输出设备

  • 键盘

  • 显示器

• 机箱

• 电源

（3）主要硬件的详解

Ⅰ CPU

CPU即中央处理器（Central Processing Unit），是最核心的部件，类似于大脑：

• 是计算机的运算核心 和控制核心

• 功能

????- 解释计算机指令

????- 处理软件数据

品牌包括Intel、AMD、高通的骁龙、华为的麒麟等。

Ⅱ 内存

Memory，是计算机中的存储部件：

• 功能：

????暂存CPU中的运算数据和与硬盘等的交换数据

• 特点

????可以直接访问内存数据，效率高

• 缺点

????- 容量小

????- 不能永久存储，一旦断电会丢失数据

????????时刻记得CTRL+S 进行永久存储。

品牌包括金士顿、三星、海盗船等。

Ⅲ 硬盘

计算机中的存储部件：

• 特点

????- 容量大

????- 永久存放数据，断电不丢失

• 缺点

????- CPU不能直接访问硬盘数据

• 分类

????- 机械硬盘

????- SSD固态硬盘

????????- 速度快

????????- 不易损坏

品牌包括希捷、西数、金士顿等。

内存和硬盘优缺点互补。

内存中常见单位及其之间的关系如下：

1TB = 1024GB
1GB = 1024MB
1MB = 1024KB
1Kb = 1024Byte（字节）
1Byte = 8Bit（二进制位）

Ⅳ 输入输出设备

• 标准输入设备

????键盘

• 标准输出设备

????显示器

（4）常见的主要软件

• 系统软件

????操作系统，是其他软件的基础

????????- Windows

????????- Unix

????????????付费

????????- Linux

????????????免费、开源

????????- iOS

????????- Android

• 应用软件

????装在操作系统之上的软件。

????- Office

（5）计算机的体系结构

以上4个部分具有明显的依赖关系，外部是在内部的基础上运转的。

2.Java语言概述

（1）计算机语言的发展

语言是人与人之间沟通的主要表达方式；

计算机语言即为人与计算机之间沟通的表达方式。

分类：

• 机器语言

????二进制，最初是穿孔卡片。

• 汇编语言

????助记符表示机器指令。

• 高级语言

????用更简单的方式与计算机进行交流。

????- Java

????- C/C++

????- Python

????- ……

????Java语言占比最高，其次是C、Python、C++、……

（2）Java语言的发展

Java语言出现于20世纪90年代：

• 单片机系统提高家电智能性

• Sun公司发起绿色计划

• James Gosling（Java语言之父）考虑过C++，但是不能跨平台

• 改写C++，看到橡树，命名为oak，爪哇岛的咖啡好喝，因此命名为Java

发展历史：

• 1995年问世

• 1996年1.0

• 1999年 1.2（SE、EE、ME）

• 2011.7 Oracle发布7.0

• ……

（3）Java语言的主要版本

• Java SE

????Standard Edition，Java平台标准版。

????- 基础环境和核心类库

• Java EE

????Enterprise Edition，Java平台企业版。

????- 构建于Java SE基础上

????- 用于构建企业级应用

• Java ME

????走向淘汰

3.开发环境的搭建和使用

（1）开发环境和工具的下载和安装

开发环境的下载方式：

• 官网

????Java SE 11是LTS（longtime supported）。

????- www.sun.com

????- www.oracle.com

• 搜索

开发环境的安装方式：

路径不能包含中文。

• 安装包

• 绿色版

Java开发的常用工具如下：

• 文本编辑器（TE，Text Editor）

????- 记事本

????- Notepad++

????- Edit Plus

????- UltraEdit

????- ……

• 集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment ）

????- Jbuilder

????- NetBeans

????- Eclipse

????- MyEclipse

????- IDEA

????- …

（2）安装目录和概念解读

Java安装路径主要包含的目录如下：

E:.
├─bin
│  └─server
├─conf
│  ├─management
│  └─security
│      └─policy
│          ├─limited
│          └─unlimited
├─include
│  └─win32
│      └─bridge
├─jmods
├─jre
│  ├─bin
│  │  └─server
│  ├─conf
│  │  └─security
│  │      └─policy
│  │          ├─limited
│  │          └─unlimited
│  ├─include
│  │  └─win32
│  ├─legal
│  │  ├─java.base
│  │  ├─java.datatransfer
│  │  ├─java.desktop
│  │  ├─java.prefs
│  │  └─java.xml
│  └─lib
│      ├─security
│      └─server
├─legal
│  ├─java.base
│  ├─java.compiler
│  ├─java.datatransfer
│  ├─java.desktop
│  ├─java.instrument
│  ├─java.logging
│  ├─java.management
│  ├─java.management.rmi
│  ├─java.naming
│  ├─java.net.http
│  ├─java.prefs
│  ├─java.rmi
│  ├─java.scripting
│  ├─java.se
│  ├─java.security.jgss
│  ├─java.security.sasl
│  ├─java.smartcardio
│  ├─java.sql
│  ├─java.sql.rowset
│  ├─java.transaction.xa
│  ├─java.xml
│  ├─java.xml.crypto
│  ├─jdk.accessibility
│  ├─jdk.aot
│  ├─jdk.attach
│  ├─jdk.charsets
│  ├─jdk.compiler
│  ├─jdk.crypto.cryptoki
│  ├─jdk.crypto.ec
│  ├─jdk.crypto.mscapi
│  ├─jdk.dynalink
│  ├─jdk.editpad
│  ├─jdk.hotspot.agent
│  ├─jdk.httpserver
│  ├─jdk.internal.ed
│  ├─jdk.internal.jvmstat
│  ├─jdk.internal.le
│  ├─jdk.internal.opt
│  ├─jdk.internal.vm.ci
│  ├─jdk.internal.vm.compiler
│  ├─jdk.internal.vm.compiler.management
│  ├─jdk.jartool
│  ├─jdk.javadoc
│  ├─jdk.jcmd
│  ├─jdk.jconsole
│  ├─jdk.jdeps
│  ├─jdk.jdi
│  ├─jdk.jdwp.agent
│  ├─jdk.jfr
│  ├─jdk.jlink
│  ├─jdk.jshell
│  ├─jdk.jsobject
│  ├─jdk.jstatd
│  ├─jdk.localedata
│  ├─jdk.management
│  ├─jdk.management.agent
│  ├─jdk.management.jfr
│  ├─jdk.naming.dns
│  ├─jdk.naming.rmi
│  ├─jdk.net
│  ├─jdk.pack
│  ├─jdk.rmic
│  ├─jdk.scripting.nashorn
│  ├─jdk.scripting.nashorn.shell
│  ├─jdk.sctp
│  ├─jdk.security.auth
│  ├─jdk.security.jgss
│  ├─jdk.unsupported
│  ├─jdk.unsupported.desktop
│  ├─jdk.xml.dom
│  └─jdk.zipfs
└─lib
    ├─jfr
    ├─security
    └─server

• bin目录

????可执行文件，包括javac.exe、java.exe等。

????需要将bin目录添加到bin目录下。

• conf目录

????配置文件

• include目录

????.h头文件

• jmods

????模块信息

• legal

????授权文件

• lib

????库，src.zip包含很多子目录。

????

一些基本概念：

JDK，即Java开发工具包 （ Java Development Kit），Java开发人士需要下载和安装JDK，目前的主流版本为JDK11。

JRE是Java SE运行时环境 （Java SE Runtime Environment），提供了运行Java应用程序所必须的软件环境等。无论是开发还是运行Java应用都必须安装。

前面的bin目录下有两个可执行文件：

• javac.exe

????编译器，主要用于将高级Java源代码翻译成字节码文件。

• java.exe

????解释器，主要用于启动JVM对字节码文件进行解释并执行。

其中，JDK、JRE、JVM之间的关系如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-azNf2l5g-1629031393221)(image/image.png)]

可以看到三者之间是相互包含的关系。

（3）编写Java程序的流程

开始阶段使用TE编写，来掌握基本的语法和编码技巧，同时熟悉指法。

代码如下：

/*
 * 项目名称：第一个Java程序
 * 项目功能：打印hello world
 * 作    者：Corley
 * 版    本：V1.0
 * 所 有 者：XXX
 * 备    注：TEST
 */
 
 public class HelloWorld /*类名*/ { /*类体*/
  
  public static void main /*主方法名*/ (String[] args) { /*主方法体*/
    
    System.out.println("Hello World!");
    
  }
 }

执行javac HelloWorld.java ，生成字节码文件HelloWorld.class，该文件直接打开会显示乱码；

执行java HelloWorld ，进行解释执行，打印如下：

Hello World!

执行流程示意如下：

（4）常见的错误和简化的编译执行

常见的错误：

1. 需要class, interface或enum

????入口关键字拼写出现错误，例如class 写成clas

2. 找不到符号

????字母大小写、拼写错误，例如类型String写成string

3. 需要’;’

????一行结束时未加分号，需要注意使用英文的分号;

4. 非法字符: ‘\uxxxx’

????使用了中文符号。例如使用了中文的分号，就会报错非法字符: '\uff1b'

5. mian

????在类 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:

Java11新特性-简化的编译运行 ：

在Java11中可以将编译运行的两步直接省为1步，即java HelloWorld.java ，此时就会自动先编译、再解释执行。

需要保证当前目录下不含有字节码文件，否则会报错。

（5）常用的快捷键和注释

Windows下常用的快捷键如下：

注释是用于进行代码说明的，即给程序员看的文字描述，编译器会忽略。

分类：

• 单行注释

????以// 开始，到本行结束，都是注释。

• 多行注释

????从/*开始，到*/结束，中间所有行都是注释。

????多行注释不允许嵌套。

• 多行/文档注释

????从/**开始，到*/结束，是一种支持提取的注释。

（6）环境变量的配置

前面可以直接执行javac xxx.java 、java xxx 等可以直接执行，是因为将JDK的安装目录下的bin目录添加到了环境变量，如果不添加环境变量则会报错'abc' 不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件。 。

为了将可以执行文件可以在任意路径中均可以使用，需要将该文件所在的路径信息添加到环境变量中，例如E:\Java\jdk-11.0.2\bin，Windows 10添加示意如下：

说明：

1. 如果同时添加了多个JDK的bin路径，则会从前到后遍历配置的环境变量、使用找到的第一个路径对应的JDK。

2. 配置环境变量后需要重启DOS窗口 ，才能生效。

3. 考虑到可能需要更新JDK，则可以配置JAVA_HOME系统变量，再修改Path的路径，有2个好处：

????- 如果以后需要更新JDK版本，只需要修改JAVA_HOME变量即可；

????- Java EE也会用到JAVA_HOME变量，为后面的使用做准备。

????具体过程可参考https://blog.csdn.net/bf4457/article/details/114535466。

（7）跨平台原理

Java相对于C、C++的一个重要特点是支持跨平台 ，也就是相同的字节码文件可以在不同的平台上执行，其中起重要作用的就是JVM：JVM将Java字节码翻译为某个具体平台能够执行的机器指令，由于Sun定义了JVM规范，而且不同的操作系统大多提供了JVM实现，才使得相同的一个字节码文件可以在不同的系统上运行，从而实现了“一次编译、到处使用”的效果。

如下图所示：

总结

大数据开发的基础是Java，因此必须要先掌握计算机的基础原理和基本的Java开发功底，为大数据开发打牢基础。
同时，本文只是知识文档的部分内容，如果要获取更完整的文档，可以私信交流。