02、Java 语言的特点

• 简单性、面向对象、可移植（平台无关）、安全、健壮性、编译&解释、高性能、多线程、动态。

1、简单性（Simplicity）

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• 上世纪九十年代，James Gosling 和团队希望构建一个无需深奥训练，就可以进行编程的系统。
  • 在设计 Java 时，以便系统更容易理解，就让 Java 的语法尽可能的接近 C++ 。
    • Java 的语法算是 C++ 语法的一个“纯净”版本。
    • 如：没有头文件、指针、结构、联合、操作符重载、多重继承、手动管理内存等。
• 实现机制：
  • 去复杂化：移除显式指针操作（由 JVM 管理内存）、头文件、预处理器等。
  • 自动内存管理：垃圾回收机制（GC）代替手动内存释放。
  • 清晰的语法结构：强制面向对象设计，统一使用类和方法组织代码。

2、面向对象（Object-Oriented）

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• 特点：支持封装、继承、多态和抽象，代码模块化且易于扩展。
• 实现机制：
  • 类与对象：通过 class 定义类，new 关键字实例化对象。
  • 接口与抽象类：通过 interface 和 abstract class 实现多态和规范约束。
  • 访问控制：public、protected、private、默认（包级）权限控制封装性。

3、分布式

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• 特点：内置网络编程能力，适合分布式系统开发。
• 实现机制：
  • RMI（远程方法调用）：允许跨 JVM 调用对象方法。
  • HTTP/HTTPS 客户端：Java 11+ 提供标准化的 HttpClient。
  • 序列化：通过 Serializable 接口实现对象网络传输。

4、健壮性（Robustness）

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• 特点：减少运行时错误，增强程序稳定性。
• 实现机制：
  • 强类型检查：编译时严格类型匹配，避免隐式类型转换错误。
  • 异常处理机制：强制处理检查异常（Checked Exceptions）。
    • 如：IOException。
  • 指针隐藏：通过引用替代显式指针，防止内存越界访问。

5、安全性

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• 特点：防止恶意代码攻击，保障系统安全。
• 实现机制：
  • 字节码验证：JVM 加载类时检查字节码合法性。
  • 类加载隔离：双亲委派模型（Parent Delegation Model）确保核心类库不被篡改。
  • 安全管理器：通过 SecurityManager 限制代码访问文件、网络等系统资源。

6、体系结构中立

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• Java 编译器通过生成与特定计算机体系结构无关的 字节码指令 来实现这一特性。
  • 精心设计的字节码不仅可以很容易地在任何机器上解释执行。
  • 而且可以很容易地动态转换为原生的 机器代码。

7、可移植性

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• 特点：一次编译，多平台运行（Write Once, Run Anywhere, WORA）。
• 实现机制：
  • JVM（Java 虚拟机）：字节码（.class）由平台特定的 JVM 解释或编译执行。
  • 中间字节码：javac 编译器将源码转换为与硬件无关的字节码。
  • 标准库统一：Java API 在不同操作系统中提供一致的接口。
    + 如：处理文件、正则表达式、XML、日期和时间、数据库、网络连接、线程等。
    • 不仅程序是可移植的，Java API 往往也比原生 API 质量更高。

8、解释性

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• Java 解释器可以在任何安装了解释器的机器上直接执行 Java 字节码。

9、高性能

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• 特点：接近原生语言（C / C++）的执行效率。
  • 早期的 Java 确实是解释性的。现在 Java 虚拟机使用了 即时编译器（JIT）。
    • 因此，用 Java 编写的“热点”代码运行速度与 C++ 相差无几，有些情况下甚至更快。
• 实现机制：
  • JIT 编译器：将热点代码（频繁执行的字节码）编译为本地机器码。
  • 内存优化：堆外内存（如：ByteBuffer）和逃逸分析减少 GC 压力。
  • 并发优化：无锁算法（如：CAS）和高效线程池提升吞吐量。

10、多线程与并发支持

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• 因为，摩尔定律即将走到尽头。
  • 我们不再追求更快的处理器，而是着眼于获得更多的处理器，而且要让它们保持繁忙。

• 特点：内置线程管理，支持多线程、高并发****编程。使多线程编程，变得简单。
• 实现机制：
  • 线程模型：
    • 通过 Thread 类、Runnable 接口或 Executor 框架创建线程。
  • 同步机制：
    • synchronized 关键字、Lock 接口。
    • volatile 变量和原子类（如：AtomicInteger）。
  • 并发工具包：
    • java.util.concurrent 提供线程池。
    • 并发集合（如：ConcurrentHashMap）和同步器（如：CountDownLatch）。

• 与 C++ 对比：
  • C++11 之前：必须依赖操作系统 API 或第三方库（如：Boost.Thread、pthread）。
  • C++11 及之后：标准库（thread、mutex 等）已支持多线程编程，无需第三方库。
  • 高级需求：如果需要线程池、并行算法或更复杂的工具链，可借助第三方库。
    • 如：Intel TBB、OpenMP 。
• 现代 C++ 开发中，标准库已足够覆盖大多数多线程场景，但第三方库能进一步提升开发效率和性能

11、动态性（Dynamic）

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• 特点：支持运行时动态加载类、反射和代码扩展。
• 实现机制：
  • 反射（Reflection）：通过 Class 对象动态获取类信息、调用方法或修改字段。
    • 如：Class.forName()。
  • 动态代理：
    • java.lang.reflect.Proxy生成接口的代理实例，支持 AOP（面向切面编程）。
  • 动态类加载：自定义类加载器（如：ClassLoader）实现热部署和模块化加载。