【Java-Day 1】开启编程之旅：详解Java JDK安装、环境配置与运行HelloWorld

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02-玩转 LangChain Memory 模块：四种记忆类型详解及应用场景全覆盖
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04-玩转 LangChain：从文档加载到高效问答系统构建的全程实战
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01-【Java-Day 1】开启编程之旅：详解Java JDK安装、环境配置与运行HelloWorld

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前言

欢迎来到《Java从入门到精通》系列！本系列旨在为广大编程爱好者，无论是零基础的初学者，还是希望系统巩固Java知识的进阶者，提供一个清晰、实用、循序渐进的学习路径。作为系列的第一篇，我们将从最基础的概念讲起，带你认识什么是编程语言，什么是强大的Java，并手把手教你搭建Java开发环境，最终编写并成功运行你的第一个Java程序——经典的 “Hello, World!”。让我们一起扬帆起航，开启激动人心的Java编程之旅吧！

一、编程语言与Java初识

在深入Java世界之前，我们先来了解一些基本概念。

1.1 什么是编程语言？

想象一下，你想让电脑帮你完成一项任务，比如计算 $1+1$ 的结果。但是电脑听不懂我们日常说的话（自然语言），它只懂由0和1组成的机器指令。直接写机器指令对人类来说太困难了。

编程语言，就像人类与计算机之间的“翻译官”。它使用一套人类相对容易理解的规则和符号（语法）来编写指令，然后通过特定的工具（编译器或解释器）将这些指令翻译成计算机能够执行的机器码。常见的编程语言有 C, C++, Python, JavaScript, 当然还有我们今天的主角——Java。

简单来说，编程语言就是用来定义计算机程序的形式语言，是程序员与计算机沟通的桥梁。

1.2 什么是Java？

Java 是一门由 Sun Microsystems 公司（现已被 Oracle 收购）于1995年推出的高级、面向对象、跨平台的编程语言。它的设计初衷是 “Write Once, Run Anywhere” (一次编写，到处运行)。

1.2.1 Java的诞生与历史

Java最初由詹姆斯·高斯林（James Gosling）等人领导的“绿色计划”（Green Project）开发，最初命名为Oak，后更名为Java。它的诞生恰逢互联网兴起的时代，其跨平台特性使其迅速在网络应用开发中流行起来。经过二十多年的发展，Java 已经成为世界上最流行、应用最广泛的编程语言之一。

1.2.2 Java的核心特点

Java之所以如此成功，离不开其众多优秀的特性：

• 面向对象 (Object-Oriented): Java 是一门纯粹的面向对象编程语言，支持封装、继承和多态，使得代码更易于维护、扩展和复用。 (我们将在后续文章深入学习)
• 平台无关性 (Platform Independent - “Write Once, Run Anywhere”): 这是Java最核心的优势。Java代码编译后生成的是一种称为“字节码”(.class文件)的中间格式，而不是特定平台的机器码。只要在目标平台上安装了Java虚拟机 (JVM)，这份字节码就可以在该平台上运行，无需重新编译。
• 简单性: 相较于C++等语言，Java 语法相对简洁，并剔除了一些复杂且容易出错的特性（如指针、多重继承）。
• 健壮性 (Robust): Java 拥有强大的异常处理机制和自动内存管理（垃圾回收），有助于编写稳定可靠的程序。
• 安全性 (Secure): Java 设计时就考虑了安全因素，提供了安全机制来防止恶意代码的攻击，适用于网络分布式环境。
• 高性能: 虽然Java是解释执行字节码，但通过即时编译 (JIT - Just-In-Time Compilation) 等技术，其性能不断优化，接近甚至达到编译型语言的水平。
• 多线程 (Multithreaded): Java 内置了对多线程的支持，可以方便地编写并发程序，充分利用多核CPU资源。
• 丰富的API: Java 提供了庞大而完善的标准类库 (Java API)，涵盖了网络、I/O、数据库连接、图形界面、XML处理等方方面面，极大地提高了开发效率。

1.2.3 Java的应用领域

凭借其强大的特性和庞大的生态系统，Java被广泛应用于各个领域：

• 企业级应用开发 (后端开发): 这是Java最核心的应用领域，如大型网站后端、金融系统、ERP系统等 (Spring Boot, Spring Cloud)。
• Android 应用开发: Android 平台的官方开发语言之一。
• 大数据处理: Hadoop、Spark、Flink 等主流大数据框架都基于Java或Scala（运行在JVM上）。
• Web 开发: Servlet/JSP 技术，以及各种Web框架 (如 Struts, Spring MVC)。
• 桌面应用开发: Swing, JavaFX 等库可用于开发图形界面应用 (虽然相对Web和移动应用较少)。
• 游戏开发: Minecraft 就是用Java开发的著名例子。
• 嵌入式系统和物联网: Java ME (Micro Edition) 曾用于此领域。

二、Java平台核心概念：JDK, JRE, JVM

在开始安装之前，理解Java平台的三个核心组成部分及其关系至关重要。

2.1 JVM：Java虚拟机 (Java Virtual Machine)

JVM 是 Java 实现“一次编写，到处运行”的关键。它是一个规范，定义了Java字节码如何被执行。你可以把它想象成一个虚拟的计算机，它能理解并执行 .class 字节码文件。

• 作用: 加载并运行 Java 字节码 (.class 文件)。
• 特性: 针对不同的操作系统（Windows, macOS, Linux）有不同的具体实现，但都遵循相同的 JVM 规范，从而屏蔽了底层操作系统的差异。
• 核心: 实现跨平台运行。

2.2 JRE：Java运行环境 (Java Runtime Environment)

JRE 是运行已编译Java程序所必需的环境。如果你只是想运行一个Java应用（比如玩Minecraft或者运行某个基于Java的软件），安装JRE就足够了。

• 组成: JVM + Java核心类库 (Java API)。
• 作用: 提供Java程序运行所需的环境。
• 目标用户: 普通用户，只需要运行Java程序。

2.3 JDK：Java开发工具包 (Java Development Kit)

JDK 是面向Java开发人员的完整工具集。它包含了编写、编译和调试Java程序所需的一切。

• 组成: JRE + 开发工具 (编译器 javac, 调试器 jdb, 文档生成器 javadoc 等)。
• 作用: 提供Java程序的开发环境。
• 目标用户: Java程序员。

2.4 三者关系图解

它们之间的关系可以用下图清晰表示：JDK 包含 JRE，JRE 包含 JVM。

总结:

• 如果你要开发 Java 程序，你需要安装 JDK。
• 如果你只是要运行 Java 程序，只需要安装 JRE (但通常安装JDK更方便，因为它自带JRE)。
• JVM 是 Java 程序得以跨平台运行的核心，它包含在 JRE 和 JDK 中。

三、搭建Java开发环境

现在，我们动手来安装JDK并配置好开发环境。

3.1 选择合适的JDK版本

Java有不同的版本，其中一些版本被称为 LTS (Long-Term Support, 长期支持) 版本，它们会获得更长时间的更新和维护，更适合生产环境和稳定学习。常见的LTS版本有：

• Java 8 (应用广泛，但较老)
• Java 11
• Java 17 (推荐)
• Java 21 (当前最新的LTS)

对于初学者，推荐安装 Java 17 或 Java 21。

你可以从以下途径下载JDK：

• Oracle JDK: https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/ (注意Oracle JDK的许可协议，自Java 17起，部分版本可免费用于生产)
• OpenJDK: 开源实现，有许多发行版，推荐：
  • Adoptium (Eclipse Temurin): https://adoptium.net/ (社区驱动，完全免费)
  • Microsoft Build of OpenJDK: https://docs.microsoft.com/java/openjdk/download
  • Amazon Corretto: https://aws.amazon.com/corretto/

本教程以 Windows 平台安装 Eclipse Temurin OpenJDK 17 为例。其他操作系统和JDK发行版步骤类似。

3.2 下载与安装JDK

1. 访问 Adoptium 官网。
2. 选择操作系统 (Windows)、架构 (通常是 x64) 和版本 (如 17 - LTS)。
3. 下载 .msi (安装程序) 或 .zip (解压版)。推荐使用 .msi 安装程序，它通常会自动处理一些配置。
4. 双击下载的 .msi 文件，启动安装向导。
5. 按照向导提示进行安装：
   • 同意许可协议。
   • 选择安装路径 (可以保持默认，如 C:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk-17.x.x.x)。请记住这个路径，后面配置环境变量会用到。
   • 在“Custom Setup”步骤，确保 “Set JAVA_HOME variable” 和 “Add to PATH” 这两项被选中安装。如果使用 .msi 安装程序并勾选了这两项，通常可以跳过手动配置环境变量的步骤，但了解手动配置仍然很重要。
   • 点击“Install”开始安装。
   • 等待安装完成。

3.3 配置环境变量 (Windows 示例)

如果安装时没有自动配置，或者使用的是 .zip 解压版，你需要手动配置环境变量，让操作系统知道去哪里找Java的命令 (java, javac)。

（1） 配置 JAVA_HOME

JAVA_HOME 指向JDK的安装目录。

1. 右键点击“此电脑”或“我的电脑”，选择“属性”。
2. 点击“高级系统设置”。
3. 在“高级”选项卡下，点击“环境变量(N)…”。
4. 在“系统变量(S)”区域（不是用户变量），点击“新建(W)…”。
5. 变量名(N): 输入 JAVA_HOME
6. 变量值(V): 输入你JDK的安装路径（例如：C:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk-17.0.11.9-hotspot\，请根据你的实际安装路径修改）。
7. 点击“确定”。

（2） 配置 Path

Path 变量告诉系统去哪里查找可执行文件。我们需要把JDK的 bin 目录添加到 Path 中。

1. 在“系统变量(S)”区域，找到名为 Path 的变量，选中它，点击“编辑(I)…”。
2. 在弹出的“编辑环境变量”窗口中，点击“新建(N)”。
3. 输入 %JAVA_HOME%\bin。（%JAVA_HOME% 会自动引用你前面设置的 JAVA_HOME 变量的值）。
4. 确保 %JAVA_HOME%\bin 这条记录被添加。你可以使用“上移(U)”将其移动到靠前的位置（可选）。
5. 连续点击“确定”关闭所有设置窗口。

注意： %JAVA_HOME%\bin 这种写法依赖于你正确设置了 JAVA_HOME。如果 JAVA_HOME 没设置对，这里也不会生效。你也可以直接写绝对路径，但不推荐，因为如果JDK升级或路径变更，你需要修改 Path。

（3） 验证安装

环境变量配置完成后，需要验证是否生效。

1. 重新打开一个新的命令行窗口（CMD 或 PowerShell）。必须是新的窗口，旧窗口不会加载刚才修改的环境变量。
2. 输入命令 java -version 并按回车。如果看到类似以下的输出（版本号可能不同），说明Java运行环境 (JRE) 配置成功：

   openjdk version "17.0.11" 2024-04-16
   OpenJDK Runtime Environment Temurin-17.0.11+9 (build 17.0.11+9)
   OpenJDK 64-Bit Server VM Temurin-17.0.11+9 (build 17.0.11+9, mixed mode, sharing)
   

3. 输入命令 javac -version 并按回车。如果看到类似以下的输出，说明Java开发工具 (JDK) 配置成功：

   javac 17.0.11
   

如果命令提示“不是内部或外部命令”，或者版本号不对，请仔细检查环境变量的配置步骤，特别是路径是否正确，以及是否是在新的命令行窗口执行的验证。

四、编写并运行第一个Java程序

环境搭好了，让我们来编写并运行第一个Java程序：“Hello, World!”。

4.1 编写源代码

（1） 创建文本文件

1. 在你喜欢的位置（例如 D盘根目录或桌面）创建一个新的文件夹，比如 JavaProjects。
2. 在 JavaProjects 文件夹内，创建一个新的文本文档。
3. 将文件名修改为 HelloWorld.java。注意： 文件的扩展名必须是 .java，并且文件名 HelloWorld 必须与后面代码中 public class 后面的类名完全一致（包括大小写）。确保你的系统显示了文件扩展名，否则你可能创建的是 HelloWorld.java.txt。

（2） 编写代码

用记事本或其他文本编辑器（如 Notepad++, VS Code 等，先不要用复杂的IDE）打开 HelloWorld.java 文件，输入以下代码：

/*** 我的第一个Java程序：HelloWorld* 这是多行注释*/
public class HelloWorld { // 类名必须与文件名一致// main方法是程序的入口点，固定写法// public: 访问修饰符，表示公共的// static: 关键字，表示静态的// void: 返回值类型，表示无返回值// main: 方法名// String[] args: 方法参数，字符串数组public static void main(String[] args) {// System.out.println() 是一个标准输出语句// 作用是向控制台打印括号里的内容，并换行System.out.println("Hello, World!"); // 这是单行注释} // main方法结束} // HelloWorld类结束

代码解释:

• public class HelloWorld: 定义了一个公共的类，名为 HelloWorld。Java 程序的基本单位是类。类名 HelloWorld 必须和文件名 HelloWorld.java 完全一致。
• public static void main(String[] args): 这是 Java 程序的入口方法（主方法）。程序从这里开始执行。它的格式是固定的。
• System.out.println("Hello, World!");: 这是 Java 中用于在控制台（命令行窗口）输出信息并换行的语句。双引号内的 Hello, World! 是要输出的字符串内容。
• // 和 /** ... */: 这些是注释，用于解释代码，不会被编译执行。

保存文件。

4.2 编译Java代码

Java 源代码 (.java 文件) 不能直接被 JVM 执行，需要先用编译器 (javac) 将其编译成字节码 (.class 文件)。

（1） 打开命令行工具

按下 Win + R，输入 cmd，回车，打开命令提示符。

（2） 切换到源代码目录

使用 cd (change directory) 命令切换到你保存 HelloWorld.java 的目录。例如，如果你保存在 D:\JavaProjects：

D:
cd JavaProjects

你可以使用 dir 命令查看当前目录下的文件，确认 HelloWorld.java 在这里。

（3） 执行编译命令

在命令行中输入以下命令并回车：

javac HelloWorld.java

• javac 是 Java 编译器的命令。
• HelloWorld.java 是你要编译的源文件名。

如果代码没有语法错误，编译成功后不会有任何提示信息，但你会在 JavaProjects 目录下发现一个新生成的文件：HelloWorld.class。这就是编译产生的字节码文件，可以被 JVM 执行。

4.3 运行Java程序

现在，我们使用 java 命令来让 JVM 执行编译好的字节码文件。

（1） 执行运行命令

在相同的命令行目录下 (仍然是 D:\JavaProjects)，输入以下命令并回车：

java HelloWorld

• java 是启动 JVM 并执行字节码的命令。
• HelloWorld 是你要运行的类名，注意：这里不要带 .class 扩展名！ JVM 会自动查找名为 HelloWorld.class 的文件来执行。

（2） 查看输出

如果一切顺利，你将在命令行窗口看到如下输出：

Hello, World!

恭喜你！你已经成功编写、编译并运行了你的第一个Java程序！

4.4 常见问题与排查

初学者在编译运行第一个程序时，可能会遇到一些问题：

1. javac 或 java 命令找不到 / 不是内部或外部命令:
   • 原因: JDK 没有正确安装，或者环境变量 (JAVA_HOME, Path) 没有配置正确，或者配置后没有重新打开命令行窗口。
   • 解决: 回到第三节，仔细检查 JDK 安装和环境变量配置步骤，确保路径无误，并务必在新窗口验证。
2. 编译错误 (Compiler Errors):
   • 原因: HelloWorld.java 文件中的代码有语法错误，比如：
     • 类名 HelloWorld 与文件名不一致 (大小写敏感)。
     • main 方法签名写错 (如 Public 写成 public, string 写成 String)。
     • 语句末尾缺少分号 ;。
     • 使用了中文标点符号 (如中文分号 ； 或括号 （）)。
   • 解决: 仔细阅读命令行提示的错误信息，它会指出出错的行号和原因。对照示例代码，检查拼写、大小写、标点符号等。
3. 运行错误 (Runtime Errors)，例如 Could not find or load main class HelloWorld:
   • 原因:
     • 运行 java 命令时，当前目录不是 .class 文件所在的目录。
     • 运行 java 命令时，写成了 java HelloWorld.class (多写了 .class)。
     • 类名在 java 命令中写错了 (大小写)。
     • 编译失败，根本没有生成 HelloWorld.class 文件。
   • 解决: 确保在 .class 文件所在的目录下执行 java 命令，并且只使用类名 HelloWorld。如果编译失败，先解决编译错误。

五、总结

恭喜你完成了Java学习的第一步！在本篇文章中，我们一起学习了：

1. 编程语言的基本概念： 它是人与计算机沟通的桥梁。
2. Java语言的特点与应用： 面向对象、跨平台（Write Once, Run Anywhere）、健壮、安全、应用广泛。
3. Java平台核心：
   • JVM (Java Virtual Machine): 运行字节码，实现跨平台。
   • JRE (Java Runtime Environment): JVM + 核心类库，用于运行Java程序。
   • JDK (Java Development Kit): JRE + 开发工具，用于开发Java程序。三者关系为 JDK > JRE > JVM。
4. 环境搭建： 下载并安装了JDK（推荐LTS版本如17或21），并配置了关键的环境变量 JAVA_HOME 和 Path。
5. 第一个Java程序： 编写了 HelloWorld.java 源代码，理解了基本结构（类、main方法、System.out.println）。
6. 命令行编译与运行： 使用 javac 命令将源代码编译成字节码 (.class文件)，使用 java 命令运行字节码文件，并在控制台看到了 “Hello, World!” 输出。
7. 常见问题排查： 了解了新手可能遇到的环境配置、编译和运行错误及解决方法。

虽然我们今天只用命令行完成了最简单的程序，但这为你后续的学习打下了坚实的基础。在下一篇文章中，我们将介绍更高效的开发工具——集成开发环境 (IDE)，让你编写和调试Java代码更加得心应手。敬请期待！

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