手写的第一个 Java 应用程序,执行的时候发生了什么?

在上一篇详细介绍jdk 8 下载、安装和环境配置(适用于macos和windows)的文章之后,我们已经准备好java开发环境了。现在让我们实践一下,通过编写一个简单的java程序来输出“hello world”。

我们将分析从编码到运行的整个过程,了解究竟发生了什么。

手动编写 Hello World 程序

我们将使用最原始的方式——手写代码,直接在记事本中输入。

对于Windows用户,可以直接使用记事本;macOS用户可以通过在终端中输入以下命令来打开文本编辑器:

open -a TextEdit

以下是输出“Hello World”的简洁代码。请照着输入,不用担心每个代码的含义,稍后我们会详细解释。

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

将文件保存为

HelloWorld.java
,表示这是Java源代码文件。

编译源代码

Java文件只是源代码文件,无法直接执行。需要将其编译成字节码文件,即

.class
文件,才能运行。这个过程称为编译。

编译命令是

javac
,其中
c
compile
(编译)的首字母。

执行以下命令,

HelloWorld.java
文件将被编译,同目录下会生成
HelloWorld.class
文件。

javac HelloWorld.java

执行字节码文件

生成的

.class
文件包含
main
函数,代表程序的执行入口。这意味着我们的Hello World程序已经编写完成并可运行。

运行Java程序非常简单,只需使用

java
命令,并以类名作为参数:

java HelloWorld

此时,激动人心的时刻到了!我们会在控制台看到打印的“Hello, World!!!”,然后程序退出。

这意味着我们成功编写并运行了第一个Java应用程序!

源代码分析

现在让我们仔细看一下源代码,代码非常简洁:

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

这里有三个重要的Java关键字:

public
class
static

public
是Java语法中的访问权限修饰符,类似于在社交媒体上发布内容的可见性设置。它有几个兄弟:
protected
(受保护的)、
default
(默认的)和
private
(私有的),它们决定了类、对象、方法和属性的访问范围。

在我们的代码中,

public
修饰了
HelloWorld
类和
main
方法,确保我们在执行程序时不会遇到权限问题。

class
关键字表示这是一个普通类,它的兄弟还有
interface
(接口类)和
enum
(枚举类)。
HelloWorld
是我们为这个类取的名字,遵循命名规范,类名应由字母和数字组成,且首字母必须大写。花括号
{}
内的内容是类的定义。

static
是静态修饰符,表示被修饰的内容可以直接被类引用,无需实例化。在这里,它修饰了
main
方法,允许
HelloWorld
类直接调用
main
方法。

void
表示
main
方法没有返回值。圆括号内的
String[] args
main
方法的参数,表示一个字符串数组,用于在启动Java应用时传递参数。

方法定义的花括号

{}
内的代码以分号
;
结束。在这里,我们只有一行代码:

System.out.println("Hello, World!!!");

System.out
是Java提供的一个静态打印流对象,通过它可以进行打印操作。调用
println
方法会在控制台输出指定的信息。

执行路径分析

  1. 编译:使用JDK中的
    javac
    命令将Java源代码编译成字节码,即
    .class
    文件。
    javac
    命令位于JDK安装目录的
    bin
    文件夹中。

  1. 执行:使用JRE中的

    java
    命令执行
    .class
    文件时,字节码会被传输到JVM(Java虚拟机)。JVM将字节码与JRE中的库文件结合,生成特定硬件平台的机器码或指令集。

  2. 运行:机器码被底层物理硬件平台执行。

通过这个过程,我们可以理解Java的“一次编写,到处运行”(Write Once, Run Anywhere)特性。不同硬件平台的指令集差异很大,需要JVM在不同操作系统上进行适配。正是JVM的不跨平台特性,实现了Java语言的跨平台特性。

例如,我们的

HelloWorld
源码在macOS上编译生成
HelloWorld.class
后,可以用
java HelloWorld
执行。如果将
HelloWorld.class
复制到Linux或Windows环境中,同样可以用
java HelloWorld
执行,得到相同的结果。

总结

通过实战编写并运行HelloWorld程序,我们学习了如何编写Java代码以及如何运行Java程序。同时,我们分析了源码中的关键语法和规范,并从源码到运行的执行路径,深入理解了Java的跨平台特性。

有了对Java的初步认识和感知,学习Java的其他概念和语法将会更加得心应手。


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