Java

Java的发明人詹姆斯·高斯林

Duke，Java語言的吉祥物

語言最開始只是昇陽電腦（Sun MicroSystems）公司在1990年12月開始研究的一個內部項目。昇陽電腦公司的一個叫做帕特里克·諾頓的工程師被公司自己開發的C++和C語言編譯器搞得焦頭爛額，因為其中的API極其難用。帕特里克決定改用NeXT，同時他也獲得了研究公司的一個叫做「Stealth計劃」的項目的機會。

「Stealth計劃」後來改名為「Green計劃」，詹姆斯·高斯林和麥克·舍林丹（Mike Sheridan）也加入了帕特里克的工作小組。他們和其他幾個工程師一起在加利福尼亞州門羅帕克市沙丘路的一個小工作室裡面研究開發新技術，瞄準下一代智能家電（如微波爐）的程序設計，昇陽電腦預料未來科技將在家用電器領域大顯身手。團隊最初考慮使用C++語言，但是很多成員包括昇陽電腦的首席科學家比爾·喬伊，發現C++和可用的API在某些方面存在很大問題。

工作小組使用的是嵌入式系統，可以用的資源極其有限。很多成員發現C++太複雜以至很多開發者經常錯誤使用。他們發現C++缺少垃圾回收系統，還有可移植的安全性、分佈程序設計、和多執行緒功能。最後，他們想要一種易於移植到各種設備上的平台。

根據可用的資金，喬伊決定開發一種集C語言和Mesa語言大成的新語言，在一份報告上，喬伊把它叫做「未來」，他提議昇陽電腦的工程師應該在C++的基礎上，開發一種物件導向的環境。最初，高斯林試圖修改和擴展C++的功能，他自己稱這種新語言為C++ -- ，但是後來他放棄了。他將要創造出一種全新的語言，被他命名為「Oak」（橡樹），以他的辦公室外的橡樹命名。

就像很多開發新技術的秘密工程一樣，工作小組沒日沒夜地工作到了1993年的夏天，他們能夠演示新平台的一部分了，包括Green操作系统，Oak的程序設計語言，類庫及其硬件。最初的嘗試是面向一種類PDA設備，被命名為Star7，這種設備有鮮豔的圖形界面和被稱為「Duke」的智能代理來幫助用戶。1992年12月3日，這台設備進行了展示。

同年11月，Green計劃被轉化成了「FirstPerson有限公司」，一個昇陽電腦的全資子公司，團隊也被重新安排到了帕洛阿爾托。FirstPerson團隊對建造一種高度互動的設備感興趣，當時代華納發佈了一個關於電視機頂盒的徵求提議書時（Request for proposal），FirstPerson改變了他們的目標，作為對徵求意見書的響應，提出了一個機頂盒平台的提議。但是有線電視業界覺得FirstPerson的平台給予用戶過多的控制權，因此FirstPerson的投標敗給了SGI。與3DO公司的另外一筆關於機頂盒的交易也沒有成功，由於他們的平台不能在電視工業產生任何效益，公司被併回昇陽電腦。

由于商标搜索显示Oak已被一家显示卡制造商注册。于是同年，Oak被改名为Java。当使用十六进制编辑器打开由Java源代码编译出的二进制文件（.class文件）的话，最前面的32位将显示为CA FE BA BE，即词组“CAFE BABE”（咖啡屋宝贝）。

一套Java編輯器軟體

J2SE環境與CDC的關連

JVM的所在角色

JSPX網頁的概念

1994年6月，在同约翰·盖吉、詹姆斯·高斯林、比尔·乔伊、帕特里克·诺顿、韦恩·罗斯因和埃里克·施密特经历了一场历时三天的头脑风暴后，团队决定再一次改变努力的目标，这次他们决定将该技术应用于万维网。他们认为随着Mosaic浏览器的到来，因特网正在向同样的高度互动的远景演变，而这一远景正是他们在有线电视网中看到的。作为原型，帕特里克·诺顿写了一个小型万维网浏览器，WebRunner，后来改名为HotJava[15]。

1994年10月，HotJava和Java平台为公司高层进行演示。1994年，Java 1.0a版本已经可以提供下載，但是Java和HotJava浏览器的第一次公开发布却是在1995年3月23日SunWorld大会上进行的。昇陽電腦的科学指导约翰·盖吉宣告Java技术。这个发布是与网景公司的执行副总裁马克·安德森的惊人发布一起进行的，宣布网景将在其浏览器中包含对Java的支持。1996年1月，昇陽電腦成立了Java业务集团，专门开发Java技术。

在流行几年之后，Java在浏览器中的地位被逐步侵蚀。它在简单交互性动画方面的用途已经完全被Adobe公司的Flash排挤，2005年Java倾向只被用于雅虎游戏那样的更为复杂的应用程序。Java同时遭受到来自微软的反对，他们决定在新版本的Internet Explorer和Windows中不再附带Java平台。

与此相反，在万维网的服务器端和手持设备上，Java变得更加流行。很多网站在後端使用JSP和其他的Java技术。

在桌面系统上，独立的Java程序还是相对少见。这是因为Java平台的运行开销较大，而许多人的电脑上没有安装Java，由于网络带宽在以前较小，下载Java曾经是个耗时的事情。但是随着计算机计算能力、网络带宽在10年中取得了很大的进步，同时虚拟机和编译器的质量得到了提高，许多应用程序得到了广泛的使用，包括：

开源软件

• NetBeans和Eclipse等軟件開發工具
• Android操作系统
• JEdit
• Azureus BitTorrent客户端。
• JNode操作系统
• Apache軟件基金會的Ant、Derby、Hadoop、Jakarta、POI和Tomcat
• JBoss和GlassFish應用伺服器

商業軟體

• EIOffice（永中Office）
• Minecraft
• 纯Java 3D游戏合金战士Chrome
• IBM Websphere、ColdFusion和WebLogic
• IntelliJ IDEA

目前Java提供以下三个版本：

• Java Platform, Enterprise Edition（Java EE：Java平台企业版）
• Java Platform, Standard Edition（Java SE：Java平台标准版）
• Java Platform, Micro Edition（Java ME：Java平台微型版）
• Java Platform, Card Edition

2006年昇陽電腦在JavaOne公佈Java 開放原始碼項目，並推出OpenJDK计划[16]。Java虛擬機、Java編譯器和Java類庫以GNU通用公共許可證公開。

• 1995年5月23日，Java语言诞生
• 1996年1月，第一个JDK-JDK1.0诞生
• 1996年4月，10个最主要的操作系统供应商申明将在其产品中嵌入JAVA技术
• 1996年9月，约8.3万个网页应用了JAVA技术来制作
• 1997年2月18日，JDK1.1发布
• 1997年4月2日，JavaOne会议召开，参与者逾一万人，创当时全球同类会议规模之纪录
• 1997年9月，JavaDeveloperConnection社区成员超过十万
• 1998年2月，JDK1.1被下载超过2,000,000次
• 1998年12月8日，JAVA2企业平台J2EE发布
• 1999年6月，昇陽電腦发布Java的三个版本：标准版（J2SE）、企业版（J2EE）和微型版（J2ME）
• 2000年5月8日，JDK1.3发布
• 2000年5月29日，JDK1.4发布
• 2001年6月5日，NOKIA宣布，到2003年将出售1亿部支持Java的手机
• 2001年9月24日，J2EE1.3发布
• 2002年2月26日，J2SE1.4发布，自此Java的计算能力有了大幅提升
• 2004年9月30日18:00PM，J2SE1.5发布，成为Java语言发展史上的又一里程碑。为了表示该版本的重要性，J2SE1.5更名为Java SE 5.0
• 2005年6月，JavaOne大会召开，昇陽電腦公开Java SE 6。此时，Java的各种版本已经更名，以取消其中的数字“2”：J2EE更名为Java EE，J2SE更名为Java SE，J2ME更名为Java ME
• 2006年12月，昇陽電腦发布JRE6.0
• 2009年12月，昇陽電腦发布Java EE 6
• 2010年11月，由於Oracle公司對於Java社群的不友善，因此Apache揚言將JCP[17]
• 2011年7月28日，Oracle公司發佈Java SE 7
• 2014年3月18日，Oracle公司发布Java SE 8
• 2017年9月21日，Oracle公司发布Java SE 9
• 2018年3月21日，Oracle公司发布Java SE 10
• 2018年9月25日，Oracle公司发布Java SE 11 (LTS)
• 2019年3月，Oracle公司发布Java SE 12
• 2019年9月，Oracle公司发布Java SE 13
• 2020年3月，Oracle公司发布Java SE 14
• 2020年9月，Oracle公司发布Java SE 15
• 2021年3月，Oracle公司发布Java SE 16
• 2021年9月，Oracle公司发布Java SE 17
• 2022年3月，Oracle公司发布Java SE 18
• 2022年9月，Oracle公司发布Java SE 19
• 2023年3月，Oracle公司发布Java SE 20
• 2023年9月，Oracle公司发布Java SE 21

Java的特点之一就是面向对象，是程序设计方法的一种。“面向对象程序设计语言”的核心之一就是开发者在设计软件的时候可以使用自定义的类型和关联操作。代码和数据的实际集合体叫做“对象”。一个对象可以想象成绑定了很多“行为（代码）”和“状态（数据）”的物体。对于数据结构的改变需要和代码进行通信然后操作，反之亦然。面向对象设计让大型软件工程的计划和设计变得更容易管理，能增强工程的健康度，减少失败工程的数量。

跨平台性是Java主要的特性之一，跨平台使得用Java语言编写的程序可以在编译后不用经过任何更改，就能在任何硬件设备条件下运行。这个特性经常被称为“一次编译，到处运行”。

执行Java应用程式必须安装Java 运行时环境（Java Runtime Environment，JRE），JRE包括Java虚拟机（Java Virtual Machine，JVM），以及Java平台核心类和基础Java 平台库。[18]通过JVM才能在电脑系统执行Java应用程序（Java Application），这与.Net Framework的情况一样，所以电脑上没有安装JVM，那么这些java程序将不能够执行。

实现跨平台性的方法是大多数编译器在进行Java语言程序的编码时候会生成一个用字节码写成的“半成品”，这个“半成品”会在Java虚拟机（解释层）的帮助下运行，虚拟机会把它转换成当前所处硬件平台的原始代码。之后，Java虚拟机会打开标准库，进行数据（图片、线程和网络）的存取工作。主要注意的是，尽管已经存在一个进行代码翻译的解释层，有些时候Java的字节码代码还是会被JIT编译器进行二次编译。

有些编译器，比如GCJ，可以自动生成原始代码而不需要解释层。但是这些编译器所生成的代码能应用于特定平台。并且GCJ目前只支持部分的Java API。

甲骨文公司对于Java的许可是“全兼容的”，这也导致了微软和昇陽電腦关于微软的程序不支持RMI和JNI接口、并且增加特性为己所用的法律争端。昇陽電腦最终赢得了官司，获得了大约两千万美元的赔偿，法院强制要求微软执行昇陽電腦关于Java的许可要求。作为回应，微软不再在Windows系统中捆绑Java，最新的Windows版本，Windows Vista和Internet Explorer 7.0版本也不再提供对于Java应用程序和控件的支持。但是昇陽電腦和其他使用Java运行时系统的公司在Windows操作系统下对用户提供无偿的第三方插件和程序支持。

Java语言在最开始应用的时候是没有解释层的，所有需要编译的代码都直接转换成机器的原始代码。这样做虽然使程序获得了最佳的性能，但是导致程序异常臃肿。从JIT技术开始，Java的程序都经过一次转换之后才变成机器码。很多老牌的第三方虚拟机都使用一种叫做“动态编译”的技术，也就是说虚拟机实时监测和分析程序的运行行为，同时选择性地对程序所需要的部分进行编译和优化。所有这些技术都改善了代码的运行速度，但是又不会让程序的体积变得失常。

程序的轻便性事实上是软件编写很难达到的一个目标，Java虽然成功地实现了“一次编译，到处运行”，但是由于平台和平台之间的差异，所编写的程序在转换代码的时候难免会出现微小的、不可察觉的错误和意外。有些程序员对此非常头疼，他们嘲笑Java的程序不是“一次编译，到处运行”，而是“一次编译，到处调试”。以Java AWT為例，早期Java AWT內提供的按鈕、文字區等均是以電腦系統所預設的樣式而顯示。這令Java程式在有些沒有提供圖案的電腦系統產生錯誤（在Microsoft Windows設有視窗管理員，在一些Linux distribution則沒有）。後來昇陽電腦針對Java AWT一些問題而推出Java Swing。

平台无关性让Java在服务器端软件领域非常成功。很多服务器端软件都使用Java或相关技术建立。

C++語言被用戶詬病的原因之一是大多數C++編譯器不支持垃圾收集機制。通常使用C++編程的時候，程式設計師於程式中初始化對象時，會在主機記憶體堆疊上分配一塊記憶體與位址，當不需要此對象時，進行解構或者刪除的時候再釋放分配的記憶體位址。如果對象是在堆疊上分配的，而程序員又忘記進行刪除，那麼就會造成記憶體洩漏（Memory Leak）。長此以往，程序運行的時候可能會生成很多不清除的垃圾，浪費了不必要的記憶體空間。而且如果同一記憶體地址被刪除兩次的話，程序會變得不穩定，甚至崩潰。因此有經驗的C++程序員都會在刪除之後將指標重置為NULL，然後在刪除之前先判斷指標是否為NULL。

C++中也可以使用「智慧指標」（Smart Pointer）或者使用C++託管擴展編譯器的方法來實現自動化記憶體釋放，智慧指標可以在標準類庫中找到，而C++託管擴展被微軟的Visual C++ 7.0及以上版本所支持。智慧指標的優點是不需引入緩慢的垃圾收集機制，而且可以不考慮線程安全的問題，但是缺點是如果不善使用智慧指標的話，性能有可能不如垃圾收集機制，而且不斷地分配和釋放記憶體可能造成記憶體碎片，需要手動對堆進行壓縮。除此之外，由於智慧指標是一個基於模板的功能，所以沒有經驗的程序員在需要使用多態特性進行自動清理時也可能束手無策。

Java語言則不同，上述的情況被自動垃圾收集功能自動處理。對象的建立和放置都是在記憶體堆疊上面進行的。當一個物件沒有任何引用的時候，Java的自動垃圾收集機制就發揮作用，自動刪除這個物件所佔用的空間，釋放記憶體以避免記憶體洩漏。

注意程式設計師不需要修改finalize方法，自動垃圾收集也會發生作用。但是記憶體洩漏並不是就此避免了，當程序員疏忽大意地忘記解除一個物件不應該有的引用時，記憶體洩漏仍然不可避免。

不同廠商、不同版本的JVM中的記憶體垃圾回收機制並不完全一樣，通常越新版本的記憶體回收機制越快，IBM、BEA、昇陽電腦等等開發JVM的公司都曾宣稱過自己製造出了世界上最快的JVM，JVM性能的世界紀錄也在不斷的被打破並提高。

IBM有一篇有關Java記憶體回收機制比不啟用垃圾收集機制的C++記憶體處理快數倍的技術文章[19]，而著名的Java技術書籍《Java編程思想》（Thinking in Java）也有一段論述Java記憶體及性能達到甚至超過C++的章節[20]。

编写Java程序前应注意以下几点：

• 大小写敏感：Java是大小写敏感的，这就意味着标识符Hello与hello是不同的。
• 类名：对于所有的类来说，类名的首字母应该大写。如果类名由若干单词组成，那么每个单词的首字母应该大写，例如MyFirstJavaClass。
• 方法名：所有的方法名都应该以小写字母开头。如果方法名含有若干单词，则后面的每个单词首字母大写，例如myFirstJavaMethod。
• 源文件名：源文件名必须和文件内名字唯一且公开(由public 关键词修饰)的类名相同。当保存文件的时候，你应该使用该类名作为文件名保存（切记Java是大小写敏感的），文件名的后缀为.java。（如果文件名和类名不相同则会导致编译错误）。
• 主方法入口：所有的Java程序由public static void main(String[] args)方法开始执行。

下面列出了Java关键字。这些关键字不能用于常量、变量、和任何标识符的名称。

注释

注释的作用：标识程序是干什么的，以及它是如何构建的。注释帮助程序员进行相互沟通以及理解程序。注释不是程序设计语言，所以编译器编译程序时忽略它们。

Java自带了创建接口的类別，可以这样使用：

public interface Deleteable {
    void delete();
    System.out.println(" ATTACH DATABASE 'DatabaseName' As 'Alias-Name'");
}

这段代码的意思是任何实现（implement）Deleteable接口的类別都必须实现delete()方法。每个类別对这个方法的实现可以自行定制。由此概念可以引出很多种使用方法，下面是一个类別的例子：

public class Fred implements Deleteable {
    // 必須實作Deleteable介面中的delete方法
    @Override 
    public void delete() { 
        // 實作的程式碼
    }
        
    // 這個類別也可以包含其他方法 
    public void doOtherStuff() {

    }
}

在另外一个类別中，可以使用这样的代码：

public void deleteAll（Deleteable [] list）{
    for（int i = 0; i < list.length; i++）{
        list[i].delete();
    }
}

因为队列中所有的对象都可以使用delete()方法。Deleteable队列中包含Fred对象的引用，而这个类別和其他Deleteable类別在使用deleteAll()方法时候不需要进行任何改变。

之所以这样做就是为了在接口的执行和其代码之间进行区别。举例来说，一个名叫Collection的接口可以包含任何对象所需要的引入、转换和存储数据的方法，其他的类都可以使用这个接口。但是这个接口可以是一个可重定义大小的队列、一个链表或者是其他功能的集合。

这种特性其实是一种折中的办法。Java的设计者们不想让Java有多重继承的特性，因为C++的多重继承显示了这种特性的困难。Java的接口功能可以提供同样的功能，但是又不会很复杂。

在Java语言中，应用程序接口（API）化身成，并且分组成为。每个包中包含有相关的接口和类。对于不同的平台，Java提供了不同版本的包。API的设定由昇陽電腦和其他公司通过JCP（Java社群程序）决定。任何公司和个人都可以参与这个工程，对API进行设计。2004年，IBM和BEA公司准备联合对官方的Java开源软件工程进行支持，但是2005年初，昇陽電腦拒绝了这个支持。

並不是所有的工程和環境需要企業等級的複雜性，比如一個簡單的個人網站或者獨自編程的程式師所寫的程式。這些程式師會發現Java的複雜管理對於自己要做的程式來說過於強大了。一些人覺得Java在物件導向上面做的沒有Ruby和Smalltalk純粹。但是最新出現的用Java實現的語言Groovy解決了這些問題。

作為一種已經建立的新技術，Java顯然綜合了很多語言的特性，比如C++、C語言、Python等等。一些對於Java的評論認為Java的不變性在動搖。

有些程式師不喜歡原始類型（primitive type）和類別（class）的分離，尤其是那些曾經使用過Smalltalk和Ruby的程序员。Java的代碼相對於其他的代碼來說過於冗長，這與它的輕便化聲明相違背。此外Java一般也會默認式的自動植入過多的標準庫代碼,導致整體運行會出現緩慢

Java是一種單繼承的語言。這也導致了程式師在試圖使用多重繼承時候的不便，而很多語言都可以使用這個特性。但是Java可以使用介面類，把多重繼承可能導致的風險減少到最小。Java不支持運算符重載，這是為了防止運算符重載使得代碼的功能變得不清晰。但是用Java實現的語言Groovy可以進行運算符重載。過去Java對於文本的操作和其他語言，比如Perl和PHP相比差的較多，但Java在1.4版本時候引入了正则表达式。

至Java 1.7为止，Java语言不支持闭包（closure）和混入（mixin）特性。

Java 1.8加入lambda表达式（Lambda Expressions）[21]。

使用Swing平臺編寫的帶有GUI（圖形用戶介面）的程式和其他原始程式非常不同。選用AWT工具包編寫程式的程式師看到的都是原始介面，而且也無法獲得先進的GUI編程支援，如果使用的話，就要提供每個平臺上面所需的API，這將是一項龐大的工程。Swing則是完全用Java語言所寫的程式，避免了介面元素重複的問題，只使用所有平臺都支持的最基本的繪圖機制。但是很多用戶不知道如何在Java風格和Windows風格之間進行轉換，結果造成了Java程式的介面在很多程式中非常特殊。蘋果電腦已經提供了優化過的Java運行時程式，包含了Mac OS X的經典Aqua介面風格。

在IBM捐赠给Eclipse基金会的SWT界面框架中，用户会看到熟悉的本地风格界面。但这又引起了不同喜好的开发人员之间的争论。

由於Java編譯器和虛擬機的不同對Java代碼的性能影響比語言本身的影響大的多，所以統一討論Java的程式的性能經常是有誤導性的。據IBM的資料，在同樣的硬體上2001年時的IBM JDK版本的性能是1996年的JDK版本的十倍左右。[22]而即使是在同一時期，不同公司的JDK和JRE的性能也不一樣，比如昇陽電腦、IBM、BEA等公司都有自己開發的JDK和JRE。

Java語言的一些特性不可避免的有額外的性能代價，例如陣列範圍檢查、運行時類型檢查等等。Java程式的性能還會因為不同的動態複雜性和垃圾處理機制使用的多少而各有不同。如果JVM的實現比較優化的話，那麼這些功能甚至可以增加記憶體分配的性能。這和總是使用STL或者託管C++的程式的情況類似。

儘管如此，仍然有許多人認為Java的性能低。這部分歸因於昇陽電腦最初的JVM實現使用未優化的解釋機制來執行位元組碼。一些新版本的JVM使用Just-In-Time（JIT）編譯器，在載入位元組碼的時候將其編譯成針對運行環境的本地代碼來實現一些本地編譯器的優化特性。Just-In-Time機制和本地編譯的性能比較仍舊是一個有爭議的話題。JIT編譯需要很多時間，對於運行時間不長或者代碼很多的大型程式並不適宜。但是不算JIT編譯階段的話，程式的運行性能在很多JVM下可以和本地編譯的程式一爭短長，甚至在一些計算比較密集的數值計算領域也是這樣。目前，Java已經使用更先進的HotSpot技術來代替JIT技術，Java的性能有了更進一步的提升。另外，在使用-server選項運行Java程式時，也可以對Java進行更深入的優化，比如在運行時將調用較多的方法內聯（inline）到程式中來提高運行速度，這就是所謂的“動態優化”，而本地編譯器是無法做到這一點的；這也是一些Java代碼比對應用C/C++等語言編寫的本地代碼運行的更快的原因之一。微軟的.NET平臺也使用JIT編譯器，所以也有類似問題。

Java的設計目的主要是安全性和可攜性，所以對於一些特性，比如對硬體架構和記憶體位址的直接訪問都被去除了。如果需要間接調用這些底層功能的話，就需要使用JNI（Java本地介面）來調用本地代碼，而間接訪問意味著頻繁調用這些特性時性能損失會很大，微軟的.NET平臺也有這樣的問題。所以到目前為止，性能敏感的代碼，例如驅動程式和3D电子游戏，還是大多使用本地編譯，甚至直接以不直接支援面向对象的C語言或機器碼編寫。但最近已經有了許多用純Java編寫的3D遊戲，其效果與用C語言編寫的不相上下，例如“合金戰士”（英文名：Chrome）。這主要是因為新版的Java 3D技術已經能像C++一樣調用硬體加速，也就是使用顯卡來加速，無論是C++還是Java語言寫的3D遊戲都是使用顯卡及GPU來處理，從而使得CPU可以專注於其他方面的工作。