【Java学习】剖析Java程序的层次组织与多文件连接

0 前言

最近重回Java了，先梳理一下Java的文件组织和一些编译上的连接逻辑。
这篇博客适合刚接触Java，能编写简单的Java程序，或者像我一样忘了Java文件的组织逻辑的菜鸟。这里没有语法知识，那些到处有，我更多的是讲一下逻辑和思想

1 层次概念

Java中文件组织层次为：项目(project)>包(package)>源文件(file)>类(class)。这里自底向上梳理一下

1.1Java中的类

类是Java程序的基本组成。Java中的类在结构上又有公共类，主类、内部类之说。这里旨在说明类的结构思想，不谈及类的定义。

1.1.1万物皆可为类

Java与C++都是面向对象编程语言，都有类的概念。但是，如果你跟我一样是从先学了C++再接触Java，那你初见Java版HelloWorld时一定跟我一样一脸懵逼。

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

为什么一上来就定义一个类？
main函数为什么写在类里面？
这个Java的程序结构有关。

Java程序都是且只能由类组成。

这句话可以理解为：Java所有变量，函数都要写到类定义里去。Java程序入口就是类，整个过程就是类之间的协作。
什么？全局变量？全局函数？通通写到类里去，静态（static）变量，静态函数不会吗！
所以，从C++过来刚接触Java的同学，你需要一种不同于C++的思想

万物皆可为类

可以这样理解，不同于C++，Java诞生的时候面向对象编程思想相对成熟了。除了具有实际意义的物品能定义成对象，甚至行为、属性等也可以给它一个负责执行和管理的抽象类。
这样，HelloWorld可以这样理解：首先我们定义了一个HelloWorld类，这个类负责执行main函数。
随着你对Java的深入接触，你会渐渐觉得这种思想很受用。

1.1.2 公共类、非公共类与主类

先给出定义：

公共(public)类与非公共类：在类定义前有public关键字的类为公共类，没有的为非公共类。
主类：含有主函数(main)的类称为主类。主类是程序的入口

大部分情况下，一个程序只有一个入口类，而且这个类往往是公有的。
【注意】：

• 主类不一定是公有类。
• 一个Java程序允许有多个主类，也就是存在多个main函数，但一个类中只能有一个main函数。 这可能很奇怪，不过Java程序执行的时候是需要指定入口类的，所以并不会冲突。
  可以看这个例子：

/**
HellowWorld.java
**/
public class HelloWorld{
    public static void main(String args[]){
        System.out.println("Hello,world!");
    }
}
class NotHelloWorld{
    public static void main(String args[]){
        System.out.println("This is 'Hello,world!'");
    }
}

【疑问】从上面的例子中发现一个问题，既然非公有类是包内可访问的，那为什么还有public函数（main）？包外可以使用这个函数吗？
【回答】这貌似确实冲突了。首先，包外无法访问这个类的，当然无法使用这个函数。但是，我们不得不保留这种表达，因为这个非公有类（或匿名类）可能实现了某个公共接口。

1.2 源文件(.java)与类文件(.class)

1.2.1 源文件与类

Java中源文件与Java类是具有对应关系的。它们之中最重要的联系就是：

源文件主名（不包括后缀.java）必须与公共类名一致。

【注意】一个源文件内可以定义多个类，但只能有一个公有类。
往细了说，就是：一个源文件至多可以有一个公共类和任意个非公共类。如果有公有类，必须和文件名一致，否则会报错；如果没有，文件名可以任意。
在开发中，一个Java源文件往往包含一个同名公共类，所以我们常常用该公共类指代该文件。

1.2.2类文件与类

Java编译生成的文件为.class文件，文件名一般与类名相同。

.class文件与类是一一对应的。

不论该类是否公有，甚至对于匿名内部类，都会生成与之对应的.class文件。如果在一个文件中定义了多个类，编译会得到多个.class文件。

1.3 包

包是Java中文件的组织结构。类似于文件系统中文件夹机制对文件管理的作用，而且包路径实际上也是对应源文件的存放路径。

1.3.1 包的作用

• 把功能类似的类组织在同一个包中，方便查找与使用。
• 避免重名冲突。允许在不同的包中存在名称一样的类。
• 限定访问权限，支持Java提供的包内访问选项。

1.3.2 package语句

Java通过package语句实现包机制。package语句指定了该文件中所有类的路径。

pakage语句必须在文件最顶部（不含注释），否则编译报错。
pakage语句中的包路径必须与源文件的存放路径(相对于项目根路径)一致，否则在引用时会报错。

【疑】既然文件已经放到相应的位置了，为什么还需要pakage语句显示声明？
【答】 尽管放到正确的包路径中，没有pakage声明的文件中的类在编译过程中会被放到默认包(未命名)中，无法被引用。
所以，你必须保证，源文件的存放路径与package语句中的包路径都正确且一致。

1.3.3 import语句

在一个类中引用另一个类可以使用包名+类名或者通过import语句引入后直接使用类名。

import语句位于package语句与类定义之间。

【注意】
引用同一包内的类不用import语句，否则会报错，编译器会自动查找包类定义的类。但是如果没有package语句声明，即使同一个路径下的两个类也无法相互引用。也就是说没有package语句的类是找不到的，记住一句话：

没有package(语句),就不能被import。

2 多个文件的编译

我们知道C/C++通过#include包含文件实现文件的链接。那Java呢？

2.1 需要多文件一起编译吗？

先提一下，Java可以使用通配符一次编译多个文件。
如javac A*.java可以一次性编译以A开头的所有文件。
但是，一般情况下，我们只想编译一个主类以及它依赖的所有类。这种时候只需编译这个主类就可以了。

Java在编译一个类时，会自动查找并编译（如果需要的话）其引用的类文件。

2.2 去哪里找依赖类呢？

----答案是-classpath。很熟悉？就是JDK安装时候配置的系统变量

2.3 找什么？

----上面说过的两个文件，.java文件和.class文件。

• （多数情况下）如果只找到.java文件，编译之。
• 如果只找到.class文件，使用之。
• 如果找到二者，检查时间截，若发现.java文件修改过，重新编译生成最新的.class文件。
  所以，如果类A引用了类B，且二者都编译过存在对应的.class文件，然后同时修改二者之后，你只需要编译类A，编译器会自动更新类B。