【Java初学乍练(一)】Java的技术发展及常见疑惑「标准化」

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略过: 本篇文章由来，在用到@Override、@Deprecated还是没啥感觉，但用到@Servlet、@Data之后我突然疑惑，居然有这么多注解，之后就想了解注解有关的技术，就涉及到Java技术的所支持的语法，然后越想问题就越多，就有了这篇文章的构思。之后一篇文章将详细解读注解技术。

1️⃣ Java的技术发展

mome: Java语言经历了多个版本的演进，每个版本都引入了一些重要的特性。以下是Java 各个关键版本及其技术特性：

描述: Java 1.0
时间: 1996年
发布背景: Java 1.0是Java语言的首个正式版本，奠定了Java语言的基础。
主要特征:
① 基础语法和面向对象编程支持。
② AWT（Abstract Window Toolkit）：用于创建图形用户界面。✨
③ Applet支持：允许在浏览器中运行Java小程序。✨
④ 网络编程支持：提供了基本的网络编程能力。

描述: Java 1.1
时间: 1997年
发布背景: Java 1.1是Java语言的第一个重大更新版本，引入了许多新特性。
主要特征:
① 内部类（Inner Classes）：允许在类中定义类。 ✨
② Java Beans：用于创建可重用的组件。
③ RMI（Remote Method Invocation）：允许Java对象调用远程对象的方法。
④ 改进的事件模型：增强了AWT的事件处理机制。

描述: Java 1.2
时间: 1998年
发布背景: Java 1.2正式引入了Java 2平台的概念，分为J2ME、J2SE和J2EE。
主要特征:
① Swing GUI工具包：提供了更丰富的图形用户界面组件。✨
② 集合框架（Collections Framework）：提供了更灵活的数据结构操作。
③ Java 2D API：增强了图形绘制能力。
④ Java Plug-in：允许在浏览器中运行Java应用。

描述: Java 1.3
时间: 2000年
发布背景: Java 1.3进一步优化了性能和功能。
主要特征:
① HotSpot JVM：引入了HotSpot虚拟机，显著提升了性能。
② JavaSound API：提供了音频处理支持。
③ JDBC 2.0：增强了数据库访问能力。
④ Java Naming and Directory Interface（JNDI）：提供了命名和目录服务。

描述: Java 1.4
时间: 2002年
发布背景: Java 1.4是Java语言发展史上的一个重要里程碑，引入了许多新特性和改进。
主要特征:
① 断言（Assertions）：用于调试和测试代码。✨
② 异常链（Exception Chaining）：允许一个异常捕获另一个异常，并保留原始异常信息。
③ 正则表达式（Regular Expressions）：通过java.util.regex包简化了字符串处理。✨
④ NIO（New I/O）：提供了更高效的文件和网络I/O操作。
⑤ 日志API（java.util.logging）：提供了灵活的日志记录机制。
⑥ XML处理：通过javax.xml包提供了对XML数据的处理支持。✨
⑦ JDBC 3.0 API：增强了数据库访问能力。
⑧ Java Web Start和Java Web Services：改进了Web应用的部署和开发。

描述: Java 5
时间: 2004年
发布背景:
主要特征:
① 引入了泛型（Generics），增强了类型安全。✨
② 引入了装箱（Autoboxing）和枚举（Enum）。✨
③ 提供了java.util.concurrent并发包。
④ 引入注解（Annotation）机制，主要原因是为了提供一种更灵活、更高效的方式来为代码添加元数据，从而简化开发流程、减少样板代码，并增强代码的可读性和可维护性。✨✨

描述: Java 6
时间: 2006年
发布背景:
主要特征:
① 增强了桌面API，如JavaFX的前身SwingX和Java 2D API的增强。
② 增加了对脚本语言（如JavaScript）的支持。
③ 对Java虚拟机进行了进一步的优化和改进。

描述: JavaEE 5
时间: 2006年
发布背景:
主要特征:
① EJB3.0版本升级，使用注解方式，经过应用服务器对POJO对象进行增强来实现分布式服务能力。

描述: JavaEE 6
时间: 2009年
发布背景:
主要特征:
① 全面接纳了注解，CDI和BeanValidation规范的加入。
② Servlet升级到3.0版本，并在接口上加入异步支持。✨

描述: Java 7
时间: 20011年
发布背景:
主要特征:
① try-with-resources：简化了资源管理，自动关闭实现了AutoCloseable接口的资源。
② 多线程优化：引入了ForkJoinPool和ForkJoinTask，用于高效处理并行任务。
③ 文件系统增强：新增java.nio.file包，支持文件系统操作。

描述: Java 8
时间: 20014年
发布背景:
主要特征:
① Lambda表达式：支持函数式编程，简化了匿名类的使用。✨
② Stream API：提供了流式操作，用于高效处理集合数据。
③ Optional类：用于避免空指针异常。

描述: Java 9
时间: 20017年
发布背景:
主要特征:
① 模块化系统（Project Jigsaw）：引入了模块化支持，用于更好地组织和管理代码。
② HTTP/2客户端：支持HTTP/2协议，提高Web应用性能。
③ JShell：交互式工具，允许直接在命令行中运行Java代码。

描述: Java 10
时间: 20018年
发布背景:
主要特征:
① 局部变量类型推断：通过var关键字简化了局部变量的类型声明。
② HTTP/2支持：内置HTTP服务器支持HTTP/2协议。
③ Base64编码API：提供了更标准的Base64编码和解码支持。✨

描述: Java 11
时间: 20018年
发布背景:
主要特征:
① HTTP客户端（java.net.http）：提供了新的HTTP客户端API，支持异步、非阻塞的HTTP通信。
② 本地日期和时间API增强：增强了java.time包，提供了更好的国际化支持。
③ ZGC垃圾收集器：引入了ZGC，一种可伸缩的低延迟垃圾收集器。

描述: Java 12
时间: 20019年
发布背景:
主要特征:
① 文本块（Text Blocks）：允许以更直观的方式编写多行字符串。
② Switch表达式增强：引入了yield关键字，使Switch表达式可以返回值。
③ Files API增强：新增mismatch()方法，用于比较文件内容。

描述: Java 13
时间: 20019年
发布背景:
主要特征:
① 动态CDS档案：允许在运行时动态生成和更新CDS档案，提升应用启动速度。
② 代码缓存优化：提高了代码缓存的利用率，减少内存碎片。
③ 模式匹配的instanceof：简化了instanceof后的强制类型转换。

描述: Java 15
时间: 20020年
发布背景:
主要特征:
① 禁用偏向锁定：默认禁用偏向锁定，简化了锁的实现。
② ZGC正式特性：ZGC成为正式特性，支持大型应用程序的高性能内存管理。
③ 模式匹配的instanceof第二次预览：进一步优化了模式匹配功能。

描述: Java 16
时间: 20021年
发布背景:
主要特征:
① Vector API：引入了新的Vector API，用于显式执行矢量操作。
② ZGC改进：支持并发线程堆栈处理，进一步提升性能。。
③ Unix-Domain Socket Channels：支持Unix域套接字。

描述: Java 17
时间: 20021年9月
发布背景:
主要特征:
① 新的随机数生成器：引入了新的随机数生成器（如Xoshiro256PlusPlus），提供更高效、更安全的随机数生成机制，适用于密码学、游戏开发等需要高随机性的场景。
② 外部内存访问API（预览）：允许Java代码直接访问和操作外部内存，实现与C/C++等语言的互操作，提升性能。
③ 性能优化：对垃圾回收机制进行改进，减少启动时间，提升系统性能。

描述: Java 18
时间: 20022年3月
发布背景:
主要特征:
① 性能优化：进一步优化了Vector API的执行速度。
② 外部函数和内存API：正式引入外部函数和内存API，简化与本地代码和内存的交互。
③ Stream API增强：新增toList方法，简化流转换为列表的操作。
④ 结构化并发：引入结构化并发API，简化任务的创建和管理。

描述: Java 19
时间: 20022年9月
发布背景:
主要特征:
① 虚拟线程（预览）：首次引入虚拟线程，简化并发编程。
② 外部函数和内存API（预览）：继续优化外部函数和内存API。
③ 结构化并发（孵化）：引入结构化并发特性，使并发任务的生命周期更清晰。

描述: Java 20
时间: 20023年3月
发布背景:
主要特征:
① 虚拟线程（第二次预览）：优化虚拟线程，进一步提升并发编程的性能。
② 结构化并发（第二次孵化）：增强结构化并发特性。
③ 向量API（第五次孵化）：继续优化向量API，提升性能。

描述: Java 21
时间: 20023年9月
发布背景:
主要特征:
① 字符串模板：支持在字符串中嵌入表达式，提升代码可读性。
② 序列化集合：引入有序集合（Sequenced Collections），提供更灵活的集合操作。

描述: Java 22
时间: 2024年3月
发布背景:
主要特征:
① 虚拟线程（正式版）：虚拟线程从预览版转为正式版，简化并发编程。
② 字符串模式（预览版）：支持在字符串中嵌入表达式。
③ 改进的垃圾回收：优化ZGC和G1 GC，提升性能。

描述: Java 23
时间: 2024年9月
发布背景:
主要特征:
① 结构化并发（稳定版）：正式引入结构化并发，简化并发任务的管理。
② 记录模式（正式版）：支持在switch和if表达式中解构record类型。
③ AES性能改进：提升AES加密算法的性能。。

描述: Java 24
时间: 2025年3月
发布背景:
主要特征:
① 虚拟线程和模式匹配：进一步优化虚拟线程和模式匹配功能。
② 垃圾回收优化：引入新的G1垃圾收集器改进，降低停顿时间。

描述: Java 25
时间: 2025年9月
发布背景:
主要特征:
① 专家组成立：为未来的Java发展奠定基础。

2️⃣ Jvm、Jdk、Jre和Java 17

2️⃣⏺️1️⃣ JVM 的含义

2.1.1 JVM 的介绍

📖描述:
  JVM（Java Virtual Machine，Java虚拟机）是Java平台的核心组件，它是一个抽象的计算机，用于运行编译后的Java字节码。
  JVM的主要功能是将Java字节码转换为特定平台的机器码，从而实现Java程序的跨平台运行。
  JVM的设计目标是提供一个可移植的、安全的、高性能的运行环境，使得Java程序可以在任何支持JVM的操作系统上运行。

2.1.2 JVM 的作用

1. 跨平台性:
(1) 字节码中间形式: Java源代码被编译器编译成字节码（.class文件），而不是直接编译成特定平台的机器码。JVM将字节码转换为机器码，使得Java程序可以在任何支持JVM的操作系统上运行，而无需重新编译。
(2)"一次编写，到处运行"（Write Once, Run Anywhere, WORA）: 这是Java语言的核心理念，JVM是实现这一理念的关键。

2. 内存管理:
(1) 自动垃圾回收（GC）: JVM内置了垃圾回收机制，自动管理内存分配和释放。开发者无需手动管理内存，减少了内存泄漏和内存溢出的风险。
(2) 堆内存和栈内存管理: JVM管理堆内存（用于存储对象）和栈内存（用于存储方法调用和局部变量），确保程序的高效运行。

3. 性能优化:
(1) 即时编译（JIT）: JVM中的即时编译器（JIT）在运行时将热点代码（频繁执行的代码）编译为本地机器码，显著提升程序的执行效率。
(2) 热点代码检测: JVM能够自动检测热点代码，并对其进行优化，减少解释执行的开销。
(3) 多线程支持: JVM提供了多线程支持，允许Java程序在多核处理器上高效运行，充分利用系统资源。

4. 安全性:
(1) 沙箱机制: JVM提供了沙箱环境，限制了Java程序对本地系统的访问，防止恶意代码对系统的破坏。
(2) 字节码验证: 在加载字节码时，JVM会进行字节码验证，确保代码的合法性和安全性。
(3) 安全策略: JVM支持安全策略文件，允许开发者定义细粒度的安全规则，控制程序的运行权限。

5. 类加载机制:
(1) 动态加载: JVM支持动态加载类，即在运行时加载所需的类文件，提高了程序的灵活性和扩展性。
(2) 类加载器:JVM提供了层次化的类加载器结构，包括启动类加载器、扩展类加载器和应用类加载器，确保类的加载过程安全可靠。
(3) 双亲委派模型: 类加载器采用双亲委派模型，优先加载系统类库，避免类的重复加载，确保类的唯一性。

6. 运行时数据区: JVM的运行时数据区包括以下几个部分
(1) 堆（Heap）: 用于存储对象实例和数组，是垃圾回收的主要区域。
(2) 方法区（Method Area）: 存储类的结构信息，如常量池、字段、方法等。
(3) Java栈（Java Stack）: 每个线程都有自己的Java栈，用于存储方法调用和局部变量。
(4) 本地方法栈（Native Method Stack）: 用于支持本地方法（如C/C++代码）的调用。
(5) 程序计数器（Program Counter Register）: 记录当前线程执行的字节码指令的地址。

2️⃣⏺️2️⃣ JRE 的含义

2.2.1 JRE 的介绍

📖描述:
JRE(Java Runtime Environment)是Java运行时环境，用于运行已编译的Java程序。它不包含开发工具，但提供了运行Java程序所需的所有组件。

2.2.2 JRE 的成分

1. Java虚拟机（JVM）:
(1): 用于执行Java字节码。

2.运行时数据区:
(1): 包括堆内存、栈内存、方法区等，用于存储程序运行时的数据。

3. 核心库和API:
(1): 提供了Java语言的核心类库和API。

2️⃣⏺️3️⃣ JDK 的含义

2.3.1 JDK 的介绍

📖描述:
JDK(Java Development Kit)是Java开发工具包，主要用于Java程序的开发。它包含了编译器、调试器、文档生成工具等开发工具，以及运行Java程序所需的运行时环境（JRE）。

2.3.2 JDK 的成分

1. Java编译器（javac）:
(1): 用于将Java源代码编译为字节码。

2. Java运行时环境（JRE）:
(1): 用于运行编译后的Java程序。

3. 工具和实用程序:
(1)Java文档生成器（javadoc）: 用于生成Java文档。
(2)Java调试器（jdb）: 用于调试Java程序。
(3)Java打包工具（jar）: 用于打包Java程序。
(4)Java类文件反编译器（javap）: 用于反编译字节码文件。
(5)Java工具（如jconsole、jps、jstack等）: 用于监控和管理Java应用。

4. 核心库和API:
(1): 提供了Java语言的核心类库和API。

5. 源代码:
(1): 通常包含Java核心类库的源代码。

2.3.3 JRE和JDK的较量

📖区别: JDK与JRE
功能: JDK用于开发Java程序，包含编译器、调试器等开发工具;JRE用于运行Java程序，不包含开发工具。
用途: 开发人员需要安装JDK来编写和编译Java程序；普通用户只需要安装JRE来运行Java程序。

📖联系: JDK与JRE
JDK包含JRE: JDK中包含了JRE，因此安装了JDK的用户可以同时运行和开发Java程序。
兼容性: JDK和JRE的版本通常需要匹配，以确保开发和运行环境的一致性。

2️⃣⏺️4️⃣ Java17 的含义

2.4.1 Java17 的介绍

📖描述:
Java 17通常指的是Java语言的第17个版本，即Java SE 17（Java Standard Edition 17）。Java SE 17是Java语言的一个长期支持（LTS）版本，于2021年9月发布。

2.4.2 Java17 与 JDK17解惑

📖比较: Java 17与JDK 17的关系
概念(形式): Java 17 指的是Java平台标准版（Java SE 17）的规范，它定义了一组API和特性集，这些特性和API由多个实现支持。而 JDK 17 是针对Java 17规范的具体开发工具包实现之一。

解说: 简而言之，Java 17描述的是抽象的语言及其库的标准，而JDK 17提供了一个具体的实施方案来满足这个标准的要求，并附带了一系列辅助工具帮助程序员创建基于此标准的应用程序。

3️⃣ Java SE、Java ME、Java FX、Java EE四大传统分类

mome: Java 技术主要分为以下几个方面：Java SE（标准版）、Java ME（微型版）、Java FX（富客户端技术）和 Java EE（企业版）。以下是对这些方面的详细介绍：

3️⃣⏺️1️⃣Java SE

小夏: Java SE (Java Standard Edition)是 Java 技术的核心，提供了 Java 编程语言的基础功能，是其他 Java 技术的基础。

1.主要功能:
(1) 核心 API: 提供了丰富的类库，包括字符串处理、集合框架、输入输出流、网络编程、多线程等。
(2) JVM(Java Virtual Machine): Java 虚拟机是 Java 程序运行的基础环境，负责将字节码转换为机器码，并管理内存、线程等资源。
(3) JDK(Java Development Kit): Java 开发工具包，提供了编译器（javac）、运行时环境（java）、调试工具等，用于开发和运行 Java 应用程序。

2.应用场景:
(1) 桌面应用程序:如文本编辑器、媒体播放器、办公软件等。
(2) 命令行工具: 如各种系统管理工具、脚本工具等。
(3) 服务器端脚本: 虽然 Java SE 本身主要用于客户端开发，但也可以用于编写服务器端脚本。

【示例3.1-1】输出文本

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

3️⃣⏺️2️⃣Java ME

小夏: Java ME（Java Micro Edition）是针对嵌入式设备和移动设备的 Java 技术版本，主要用于资源受限的设备。

1.主要功能:
(1) 轻量级 API: 提供了简化版的 Java 标准库，以适应嵌入式设备的有限资源。
(2) 设备适配: 支持多种硬件平台，如手机、PDA、智能卡等。
(3) 安全机制: 提供了严格的沙箱机制，确保应用程序的安全运行。

2.应用场景:
(1) 移动应用: 如手机游戏、移动办公应用等。
(2) 嵌入式系统: 如智能卡、智能家居设备等。
(3) 物联网设备: 如传感器网络、智能穿戴设备等。

【示例3.2-1】输出文本

import javax.microedition.midlet.*;
import javax.microedition.lcdui.*;

public class HelloWorldMidlet extends MIDlet implements CommandListener {
    private Display display;
    private Form form;
    private Command exitCommand;

    public HelloWorldMidlet() {
        form = new Form("Hello, Java ME!");
        exitCommand = new Command("Exit", Command.EXIT, 1);
        form.addCommand(exitCommand);
        form.setCommandListener(this);
    }

    public void startApp() {
        display = Display.getDisplay(this);
        display.setCurrent(form);
    }

    public void pauseApp() {
    }

    public void destroyApp(boolean unconditional) {
    }

    public void commandAction(Command c, Displayable d) {
        if (c == exitCommand) {
            destroyApp(false);
            notifyDestroyed();
        }
    }
}

3️⃣⏺️3️⃣Java FX

小夏: JavaFX 是一个用于构建富客户端应用程序的框架，主要用于开发具有丰富用户界面的应用程序。

1.主要功能:
(1) 图形和用户界面: 提供了丰富的图形和用户界面组件，支持动画、多媒体、3D 图形等。
(2) 跨平台: 支持 Windows、MacOS 和 Linux 等多种操作系统。
(3) 集成 Java SE: 可以与 Java SE 无缝集成，利用 Java SE 的强大功能。

2.应用场景:
(1) 桌面应用程序:如图形设计工具、多媒体播放器、企业级桌面应用等。
(2) 游戏开发: 支持 2D 和 3D 游戏开发。
(3) 企业级应用: 如数据可视化工具、报表系统等。

【示例3.3-1】

import javafx.application.Application;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Label;
import javafx.scene.layout.StackPane;
import javafx.stage.Stage;

public class HelloWorldFX extends Application {
    @Override
    public void start(Stage primaryStage) {
        primaryStage.setTitle("Hello, JavaFX!");
        Label label = new Label("Welcome to JavaFX!");
        StackPane root = new StackPane();
        root.getChildren().add(label);
        Scene scene = new Scene(root, 300, 250);
        primaryStage.setScene(scene);
        primaryStage.show();
    }

    public static void main(String[] args) {
        launch(args);
    }
}

3️⃣⏺️4️⃣Java EE

小夏: Java EE(Java Enterprise Edition) 是用于开发企业级应用程序的平台，提供了丰富的中间件服务和框架，用于构建大规模、高性能的应用程序。

1.主要功能:
(1) 中间件服务: 包括 EJB（Enterprise JavaBeans）、JPA（Java Persistence API）、JMS（Java Message Service）等。
(2) Web 开发: 支持 Servlet、JSP（JavaServer Pages）、JSF（JavaServer Faces）等技术。
(3) 安全性: 提供了强大的安全机制，包括身份验证、授权、数据加密等。
(4) 事务管理: 支持分布式事务，确保数据的一致性和完整性。

2.应用场景:
(1) 企业级 Web 应用: 如电子商务网站、企业资源规划（ERP）系统等。
(2) 分布式系统: 如微服务架构、云计算平台等。
(3) 金融服务: 如银行系统、证券交易系统等。

【示例3.4-1】输出文本

import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import java.io.IOException;

public class HelloWorldServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        response.setContentType("text/html");
        response.getWriter().println("<h1>Hello, Java EE!</h1>");
    }
}

✨总结:
1. Java SE：是 Java 的核心，适用于开发基础的桌面应用程序和工具。
2. Java ME：专注于嵌入式设备和移动设备，适合资源受限的环境。
3. Java FX：用于开发富客户端应用程序，提供丰富的用户界面和图形支持。
4. Java EE：用于开发企业级应用程序，提供强大的中间件服务和框架，适用于大规模、高性能的系统。

4️⃣ 标准化这一理念

4️⃣⏺️1️⃣标准化的重要性及其感想

小蛙: 标准化不就是官方(正规)提出一些规则(规范、约束)，然后不同的厂家(产品)按照这些规范来制作(实现)一些产品或服务，这类产品需要满足相应的规范要求。

大灰: 小蛙的理解果真通透，看来平时没少用过这一理念。

小夏: 标准化在技术领域中扮演着至关重要的角色，它不仅规范了工具和产品的实现，还促进了技术的互操作性、可扩展性和可持续发展。以下是基于标准化原则的感想，从不同方面进行简单说明：

1. 互操作性与兼容性
含义: 标准化确保了不同系统和工具之间的互操作性。
举例: 关系数据库的标准（如SQL语言规范）使得MySQL、SQL Server、Oracle等数据库产品能够以统一的方式处理数据查询和管理。
作用: 这种兼容性使得开发者可以更容易地在不同系统之间迁移和共享数据，减少了技术锁定的风险。

2. 技术发展与创新
含义: 标准为技术创新提供了基础框架。通过定义通用的接口和协议，开发者可以专注于核心功能的开发，而不必从头开始设计基础架构。
举例: 网络原理的标准（如TCP/IP协议）
作用: 为互联网的发展奠定了基础，使得各种网络工具和应用能够高效地通信和交互。

3. 降低学习成本
含义: 标准化降低了学习和使用新技术的门槛。当一个领域有了明确的标准时，开发者可以更容易地学习和掌握相关技术。
举例: Java语言的标准化
作用: 使得开发者可以快速上手新的JDK版本，而无需重新学习整个语言。这种一致性对于开发者社区的健康发展至关重要。

4. 促进竞争与合作
含义: 标准化促进了市场竞争和合作。当多个供应商的产品基于同一标准时，用户可以选择最适合自己的产品，而供应商则需要不断创新以提供更好的解决方案。
举例: 数据库产品的竞争
作用: 推动了性能优化、功能增强和成本降低，最终受益的是用户。

5. 安全与可靠性
含义: 标准化有助于提高系统的安全性和可靠性。通过定义安全标准和最佳实践，开发者可以更好地保护系统免受攻击。
举例:
作用: 网络安全标准（如SSL/TLS协议）确保了数据传输的安全性，而数据库的安全标准（如SQL注入防护）保护了数据的完整性，中国民用电的标准电压220v(大佬O.O~)、频率50Hz、正弦波。

💧珂珂: 并不是所有的标准都符合实际需求，需要灵活应对，比如这个第5点就有两个例子。