概述

在過(guò)去的20年里笆搓，如果要選一個(gè)最成功的編程語(yǔ)言那一定非Java莫屬辽狈。根據(jù)TIOBE Index發(fā)布的編程語(yǔ)言排行榜抱慌，自2001年以來(lái)Java語(yǔ)言在這個(gè)排行榜上最差的名次是第二名。在20年的發(fā)展歷程中郑象，Java已經(jīng)不僅僅是一門(mén)編程語(yǔ)言铝量，它更是一個(gè)平臺(tái)倘屹，是一系列的計(jì)算機(jī)軟件和規(guī)范形成的技術(shù)體系，從嵌入式系統(tǒng)慢叨、移動(dòng)終端到個(gè)人計(jì)算機(jī)唐瀑、服務(wù)器等領(lǐng)域，Java都占據(jù)著舉足輕重的位置插爹。按照官方網(wǎng)站在2016年提供的數(shù)據(jù)哄辣，全球有900萬(wàn)Java開(kāi)發(fā)人員并有約60億臺(tái)設(shè)備都在運(yùn)行Java程序，這些數(shù)字都是非常震撼的赠尾。

術(shù)語(yǔ)

想了解Java力穗，有三個(gè)術(shù)語(yǔ)必須要知道：

JDK：Java開(kāi)發(fā)者工具 - Java Developer's Kit
JRE：Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境 - Java Runtime Environment
JVM：Java虛擬機(jī) - Java Virtual Machine

歷史

關(guān)于Java這20年的故事，不是一兩句話(huà)能說(shuō)清楚的气嫁，下面用編年史的方式做一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹当窗。

• 1991年4月，James Gosling（計(jì)算機(jī)界的全能奇才寸宵，被稱(chēng)為“Java之父”）領(lǐng)導(dǎo)的Green Project啟動(dòng)崖面，雖然項(xiàng)目項(xiàng)目并不成功，但是在項(xiàng)目中誕生的Oak語(yǔ)言伴隨著互聯(lián)網(wǎng)潮流的興起梯影，迅速找到了適合自己發(fā)展的市場(chǎng)定位并最終蛻變?yōu)镴ava語(yǔ)言巫员。
• 1995年5月23日，Java誕生甲棍。
• 1996年1月23日简识，JDK 1.0正式發(fā)布。
• 1996年5月，第一屆JavaOne大會(huì)在舊金山舉行七扰。
• 1997年2月19日奢赂， SUN公司發(fā)布JDK 1.1，代表性的技術(shù)包括：JAR文件格式颈走、JDBC膳灶、JavaBeans、RMI立由、內(nèi)部類(lèi)和反射等袖瞻。
• 1998年12月4日，JDK迎來(lái)了里程碑式的版本JDK 1.2拆吆，SUN公司將Java技術(shù)拆分為3個(gè)方向，分別是面向桌面應(yīng)用開(kāi)發(fā)的J2SE脂矫、面向企業(yè)級(jí)開(kāi)發(fā)的J2EE和面向移動(dòng)終端開(kāi)發(fā)的J2ME枣耀。該版本首次在Java虛擬機(jī)中內(nèi)置了JIT編譯器。
• 2000年5月8日庭再，JDK 1.3發(fā)布捞奕，代號(hào)Kestrel，改進(jìn)了數(shù)學(xué)運(yùn)算拄轻、時(shí)間以及Java 2D等API颅围，新增了和聲音處理相關(guān)的類(lèi)庫(kù)。此后恨搓，SUN公司基本每個(gè)兩年發(fā)布一個(gè)JDK的主版本院促，產(chǎn)品代號(hào)都以動(dòng)物命名。
• 2002年2月13日斧抱，JDK 1.4發(fā)布常拓，代號(hào)Merlin，Java開(kāi)始走向成熟并逐漸達(dá)到巔峰辉浦，今天很多主流框架仍然可以在JDK 1.4上直接運(yùn)行弄抬。該版本中引入了正則表達(dá)式、異常鏈宪郊、NIO掂恕、日志類(lèi)、XML解析器等弛槐。
• 2004年9月30日懊亡，JDK 1.5發(fā)布，代號(hào)Tiger乎串，該版本在Java語(yǔ)法的易用性上做出了很大的改進(jìn)斋配，引入了自動(dòng)裝箱、泛型、注解艰争、枚舉坏瞄、可變參數(shù)列表、for-each循環(huán)等特性甩卓，同時(shí)在這個(gè)版本中還對(duì)Java內(nèi)存模型進(jìn)行了改進(jìn)鸠匀，同時(shí)引入了更優(yōu)質(zhì)的用于多線(xiàn)程編程的java.util.concurrent包。
• 2006年12月11日逾柿，JDK 1.6發(fā)布缀棍，代號(hào)Mustang，在這個(gè)版本中机错，J2SE爬范、J2EE和J2ME被更名為Java SE、Java EE和Java ME弱匪，提供了對(duì)腳本語(yǔ)言的支持以及編譯器API和微型HTTP服務(wù)器API等內(nèi)容青瀑。此外，該版本還對(duì)Java虛擬機(jī)內(nèi)部進(jìn)行了大量的優(yōu)化萧诫，包括垃圾回收斥难、類(lèi)加載、鎖機(jī)制等帘饶。同年哑诊，SUN公司開(kāi)始逐漸陷入困境。
• 2009年2月19日及刻，JDK 1.7發(fā)布镀裤，代號(hào)Dolphin，JDK 1.7最初計(jì)劃引入很多開(kāi)發(fā)者翹首以盼的功能缴饭，包括Lambda表達(dá)式淹禾，Jigsaw項(xiàng)目、動(dòng)態(tài)語(yǔ)言支持茴扁、G1收集器和Coin項(xiàng)目铃岔，但是如前所述，由于SUN公司已經(jīng)陷入困境峭火，無(wú)力推動(dòng)研發(fā)工作按正常計(jì)劃進(jìn)行毁习，在4月20日Oracle公司宣布以74億美元收購(gòu)SUN公司，Java商標(biāo)從此歸Oracle所有卖丸，此后Oracle公司執(zhí)行了所謂的“B計(jì)劃”纺且，大幅裁剪了JDK 1.7的預(yù)定目標(biāo)，把諸多內(nèi)容推遲到了JDK 1.8中稍浆，隨后又宣布Jigsaw在JDK 1.8中依然無(wú)法完成载碌。
• 2014年3月18日猜嘱，在漫長(zhǎng)的等待后，“跳票王”O(jiān)racle公司終于推出了JDK 1.8嫁艇，沒(méi)有產(chǎn)品代號(hào)朗伶，這一次真可以說(shuō)得上是“千呼萬(wàn)喚始出來(lái)”。

特點(diǎn)

自Java誕生以來(lái)步咪，你可能聽(tīng)過(guò)很多關(guān)于Java有多么牛逼的描述论皆，但是其中很多內(nèi)容都是過(guò)去時(shí)，當(dāng)下的Java最吸引人的地方應(yīng)該在于以下幾個(gè)方面猾漫。

• 對(duì)函數(shù)式編程的支持：面向?qū)ο蟮木幊趟枷胱寫(xiě)?yīng)用程序的開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單輕松点晴，通過(guò)給對(duì)象發(fā)送消息很多問(wèn)題就可以得到解決；而函數(shù)式編程的思想則源于λ 演算悯周，強(qiáng)調(diào)使用表達(dá)式而不是語(yǔ)句粒督，通過(guò)不改變狀態(tài)的操作讓代碼沒(méi)有副作用，這些都迎合了很多領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者的需求禽翼，當(dāng)下很多高級(jí)編程語(yǔ)言都提供了對(duì)函數(shù)式編程的支持屠橄，Java終于在JDK 1.8中引入了Lambda表達(dá)式、函數(shù)式接口捐康、方法引用等高級(jí)語(yǔ)法來(lái)支持函數(shù)式編程，且看一小段代碼庸蔼。

import java.util.List;
import java.util.Arrays;
class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("apple", "grape", "pitaya");
        list.forEach(System.out::println);
    }
}

• 始終如一的平臺(tái)可移植性：平臺(tái)可移植性從來(lái)都是Java最大的賣(mài)點(diǎn)解总，通過(guò)在不同的平臺(tái)下安裝對(duì)應(yīng)的JVM來(lái)加載類(lèi)文件執(zhí)行，雖然在一定程度上犧牲了執(zhí)行效率姐仅，但獲得的是完美的平臺(tái)可移植性花枫。
• 支持多種編程語(yǔ)言混編：目前的JVM已經(jīng)能夠支持諸如Groovy、Scala掏膏、Clojure這樣的語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)劳翰。使用非Java語(yǔ)言主要是出于這些考慮：首先使用領(lǐng)域特定語(yǔ)言可以方便構(gòu)建、持續(xù)集成馒疹、業(yè)務(wù)規(guī)則建模等操作佳簸；其次也可以利用一些動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的特性來(lái)彌補(bǔ)Java本身的不足，滿(mǎn)足快速Web開(kāi)發(fā)颖变、腳本編程和測(cè)試等方面的需求生均。今天有很多軟件和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)都是通過(guò)多語(yǔ)言混編實(shí)現(xiàn)的。
• 對(duì)多核并發(fā)編程的支持：Java語(yǔ)言?xún)?nèi)置的對(duì)多線(xiàn)程編程的支持是Java早期的一大賣(mài)點(diǎn)腥刹，但在今天看來(lái)已經(jīng)不是什么了不起的事情马胧。隨著CPU進(jìn)入多核時(shí)代，Java在并發(fā)編程上也做出了與時(shí)俱進(jìn)的升級(jí)衔峰，從JDK 1.5的java.util.concurrent包佩脊，到JDK 1.7引入Fork/Join模式蛙粘，Java程序已經(jīng)能夠輕松的利用多個(gè)CPU核心提供的計(jì)算能力來(lái)協(xié)作完成更復(fù)雜的任務(wù)。

探秘

想要深入學(xué)習(xí)和了解Java威彰，可以對(duì)JVM進(jìn)行一次探秘出牧。

JVM中的內(nèi)存

• 程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）
  程序計(jì)數(shù)器可以視為當(dāng)前線(xiàn)程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變程序計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令抱冷。對(duì)于多線(xiàn)程的應(yīng)用程序崔列，每個(gè)線(xiàn)程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，線(xiàn)程之間互不影響旺遮，因此程序計(jì)數(shù)器是線(xiàn)程私有的內(nèi)存赵讯。
• 虛擬機(jī)棧（VM Stack）
  Java虛擬機(jī)棧也是線(xiàn)程私有的，它描述了Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型耿眉，即每個(gè)方法在執(zhí)行時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于存儲(chǔ)局部變量表（存放了編譯期可知的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型边翼，包括：byte、short鸣剪、int组底、long、float筐骇、double债鸡、char、boolean铛纬，對(duì)象的引用以及返回地址）厌均、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接告唆、方法出口等信息棺弊。在JVM規(guī)范中，對(duì)這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線(xiàn)程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度擒悬，將引發(fā)StackOverflowError模她；如果虛擬機(jī)棧需要擴(kuò)展空間但無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，將引發(fā)OutOfMemoryError懂牧。
• 本地方法棧（Native Method Stack）
  本地方法棧顧名思義是調(diào)用本地方法（用C/C++編寫(xiě)的方法）時(shí)使用的棧侈净。

• 堆（Heap）
  堆是JVM所管理的內(nèi)存中最大的一塊，它是被所有線(xiàn)程共享的內(nèi)存區(qū)域僧凤，在JVM啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建用狱，用于存放對(duì)象實(shí)例。在JVM規(guī)范中明確指出：The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated. 但是隨著JIT編譯器的發(fā)展與逃逸分析技術(shù)的逐漸成熟拼弃，對(duì)象實(shí)例的棧上分配夏伊、標(biāo)量替換優(yōu)化將使得“對(duì)象一定在堆上”這個(gè)說(shuō)法變得不那么絕對(duì)了。堆是Java垃圾收集器管理的主要區(qū)域吻氧，現(xiàn)在的垃圾收集器都基于分代收集算法溺忧，堆通常分為新生代和老生代咏连，新生代具體又可細(xì)分為Eden、From Survivor和To Survivor鲁森。在啟動(dòng)JVM時(shí)可以通過(guò)-Xmx和-Xms來(lái)控制堆的大小祟滴，還可以通過(guò)-Xmn和-XX:NewRatio來(lái)控制新生代的大小以及新生代和老生代的比例，如果想了解垃圾收集器的工作細(xì)節(jié)歌溉，可以使用-XX:+PrintGCDetails來(lái)做到垄懂。

  
  
• 方法區(qū)（Method Area）
  方法區(qū)也是線(xiàn)程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲(chǔ)已被JVM加載的類(lèi)的信息痛垛、常量草慧、靜態(tài)變量、JIT編譯后的代碼等數(shù)據(jù)匙头。方法區(qū)中比較重要的一塊是運(yùn)行時(shí)常量池（Constant Pool）漫谷，它允許運(yùn)行期間將新的常量放入池中，String類(lèi)的intern()方法就是一個(gè)例子蹂析。當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)也會(huì)引發(fā)OutOfMemoryError舔示。
• 直接內(nèi)存
  JDK1.4中引入了NIO（非阻塞式I/O）,它可以使用本地方法分配堆以外的內(nèi)存，然后通過(guò)ByteBuffer/CharBuffer對(duì)象來(lái)操作這些內(nèi)存电抚，從而實(shí)現(xiàn)提升性能的目標(biāo)惕稻。

說(shuō)明：Java虛擬機(jī)是非常復(fù)雜的，如果想要真正理解它的工作原理蝙叛，可以嘗試自己寫(xiě)一個(gè)Java虛擬機(jī)俺祠。不要覺(jué)得這件事情遙不可及，有一本名為《自己動(dòng)手寫(xiě)Java虛擬機(jī)》的書(shū)就用Go語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自己的JVM甥温。

JVM中的對(duì)象

• 對(duì)象的創(chuàng)建
  虛擬機(jī)遇到一條new指令時(shí)锻煌，首先將檢查這個(gè)指令對(duì)應(yīng)的參數(shù)是不是能在常量池中定位到的一個(gè)類(lèi)的符號(hào)引用妓布，然后還要檢查這個(gè)對(duì)應(yīng)的類(lèi)是否已經(jīng)被加載姻蚓、解析和初始化過(guò)，如果沒(méi)有就要執(zhí)行類(lèi)加載（具體的細(xì)節(jié)將在后續(xù)的文章中探討）匣沼。接下來(lái)需要為對(duì)象分配內(nèi)存空間狰挡，而且內(nèi)存空間除對(duì)象頭外都要被初始化為0值，這就保證了對(duì)象的屬性在不賦初始值的情況下就能直接使用释涛。再下來(lái)加叁，JVM要對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置，主要是對(duì)象頭的設(shè)置以及對(duì)象的初始化工作（按照程序員的意愿為屬性設(shè)定對(duì)應(yīng)的值）唇撬，到此一個(gè)對(duì)象就真正的完成了創(chuàng)建過(guò)程它匕。
• 對(duì)象的內(nèi)存布局
  對(duì)于HotSpot虛擬機(jī)而言，對(duì)象在內(nèi)存中的布局可以為分3塊區(qū)域：對(duì)象頭窖认、實(shí)力數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充豫柬。對(duì)象頭包含兩部分信息告希，第一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼烧给、GC分代年齡燕偶、鎖狀態(tài)標(biāo)識(shí)等；另一部分是類(lèi)型指針础嫡，也就是對(duì)象指向它的類(lèi)元數(shù)據(jù)的指針指么，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例。
• 對(duì)象的訪(fǎng)問(wèn)定位
  訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)對(duì)象基本上有兩種策略：一種是通過(guò)句柄訪(fǎng)問(wèn)榴鼎，引用中存儲(chǔ)的是句柄地址伯诬，這種方式首先需要在Java堆中劃分一塊內(nèi)存作為句柄池，當(dāng)對(duì)象指針發(fā)生改變（比如對(duì)象被移動(dòng)）檬贰，這個(gè)時(shí)候引用本身的值不需要改變姑廉，改變的只是句柄的值；另一種是直接指針訪(fǎng)問(wèn)翁涤，引用直接指向內(nèi)存堆空間中對(duì)象的地址桥言。由于對(duì)象訪(fǎng)問(wèn)在JVM中非常的頻繁，所以第一種方法會(huì)造成較大的開(kāi)銷(xiāo)葵礼，因此HotSpot虛擬機(jī)采用了第二種方式号阿。

開(kāi)發(fā)

如果只想運(yùn)行Java程序，那么有JRE就足夠了鸳粉，因?yàn)樗诉\(yùn)行Java程序所需的虛擬機(jī)還有就是支撐程序運(yùn)行的上下文環(huán)境扔涧；如果想要用Java開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序那么就得有JDK，因?yàn)镴DK中包含了Java開(kāi)發(fā)的必要工具届谈。當(dāng)然枯夜，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用IDE（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）可以大大提升開(kāi)發(fā)效率。對(duì)于Java開(kāi)發(fā)而言艰山，可以選擇的IDE主要有三個(gè)：

• Eclipse：國(guó)內(nèi)有很多程序員都在使用Eclipse湖雹，因?yàn)樗?jiǎn)單、免費(fèi)曙搬、還有很多提升開(kāi)發(fā)效率的特性摔吏。
  
• IntelliJ：集成的插件和功能較多，代碼提示和修復(fù)能力強(qiáng)大纵装，可以根據(jù)需求對(duì)IDE進(jìn)行定制征讲，有免費(fèi)和付費(fèi)兩種版本，后者支持的功能更多更強(qiáng)大橡娄。
  
• NetBeans：我自己使用這個(gè)IDE的次數(shù)非常少诗箍，因此也只能說(shuō)這是官方提供的開(kāi)發(fā)工具。

書(shū)籍

• 入門(mén)讀物：Core Java（中文名：《Java核心技術(shù)》挽唉，目前最新的版本是第10版滤祖，非常棒的入門(mén)書(shū)２疟堋）
• 進(jìn)階讀物：Thinking in Java（中文名：《Java編程思想》）、Effective Java（提升Java水平必讀書(shū)籍）氨距、Refactor（中文名《重構(gòu)：改善既有代碼設(shè)計(jì)》桑逝，編程大師Martin Fowler神作）、《Java與模式》（美籍華人閻宏博士力作）