1. 题记：

其实很早就打算来写java的体系结构这一文章，但是有诸多担忧就一直搁置。其一担心自己水平有限，恐不能讲得太透彻，因为java的体系结构宏大精深。其二不知道怎么去把控文章的难度及深度，因为需要给大部分看，不能太晦涩难懂，也不能皮毛一样的粗浅，我想写的是一篇对大部分java开发者来说“难度及深度刚刚好的”的博文。
本篇博文篇幅较长，但我尽力写得通俗易懂，难易适中，由浅入深进而由深入浅，让java结构具象化，从而让其浮出水面，就像我之前博文（图文深入理解java对象从创建到回收都经历了什么，博文地址：https://blog.csdn.net/qq_45732829/article/details/142870192）的那张图一样：

2. Java体系结构概述

2.1 java语言的整体结构

按照官方的视角，java语言的整体结构如下图所示：

由图可见，java的这个体系结构还是非常宏大复杂的。但是，Java语言的整体结构非常系统化和模块化，主要包括以下主要部分：

2.1.1 Java语言基础：

1. 语法：包括变量声明、数据类型（如int、float、char、String等）、运算符、控制结构（如if-else、for、while、switch等）。
2. 类与对象：Java是一种面向对象的语言，包括类的定义、对象的创建、继承、封装和多态等概念。
3. 异常处理：Java使用try-catch-finally块来处理运行时错误。

2.1.2 核心库：

1. Java API：Java提供了丰富的标准库，包括集合框架（如List、Set、Map）、输入/输出（I/O）流、多线程、网络编程、日期和时间处理和数据库JDBC等。
2. 实用工具类：如String、StringBuilder、Math、System等，提供了许多常用的方法和功能。

2.1.3 Java虚拟机（JVM）：

JVM是运行Java字节码的平台，负责将Java字节码转换为特定平台的机器码并执行。包括垃圾回收机制，自动管理内存分配和释放。

2.1.4 Java平台模块系统：

从Java 9开始，Java引入了模块系统（JPMS，Java Platform Module System），用于更好地管理依赖关系和封装代码。

2.1.5 Java EE（Java Enterprise Edition）：

针对企业级应用开发的一套规范和技术，包括Servlet、JSP、EJB、JPA、JTA等。提供了构建分布式、多层架构应用所需的组件和服务。

2.1.6 JavaFX：

JavaFX是Java的一个用于构建图形用户界面的框架，支持创建桌面应用。提供了丰富的UI组件和布局管理。

2.1.7 Java ME（Java Micro Edition）：

针对嵌入式设备和移动设备的Java平台，这块目前已逐渐被新的技术（如Android等）所取代。

2.1.8 工具与框架：

1. 开发工具：如Eclipse、IntelliJ IDEA、NetBeans等IDE，提供了编写、调试和部署Java应用的集成环境。
2. 构建工具：如Maven、Gradle，用于管理项目依赖、构建和部署。
3. 框架：如Spring、Hibernate、Struts等，简化了企业级应用的开发。

2.1.9 安全与性能：

Java语言内置了多种安全特性，如类加载机制、字节码验证、安全管理器等。
性能优化技术包括JIT（即时编译）、垃圾回收调优、多线程并发控制等。

2.1.10 Java社区与开源：

Java拥有庞大的开发者社区和丰富的开源资源，如Apache、Spring、Oracle等组织和项目。这些组成部分共同构成了Java语言的整体结构，使其成为一个强大、灵活且广泛使用的编程语言。

3. Java体系结构三大块

如图所示，其实整个java语言的体系结构可以分为三大块，即：java的操作系统环境架构,java语言开发架构以及这java语言的生态。下面分别详细介绍。

3. 1 java的操作系统环境架构

Java操作系统环境主要涉及Java程序的运行和开发所需的环境配置。主要由以下构成：

3.1.1. Java程序的运行环境

1. Java虚拟机（JVM）：
   JVM是Java程序运行的核心环境，负责将Java字节码转换为特定平台的机器码并执行。JVM屏蔽了不同操作系统之间的差异，使得Java程序具有跨平台性。
2. Java运行环境（JRE）：
   JRE是运行Java程序所必需的环境，包括JVM、核心类库和支持文件。JRE不包含开发工具，仅用于运行Java程序。

3.1.2. Java程序的开发环境

1. Java开发工具包（JDK）：
   JDK是Java开发工具包，包含了JRE以及用于开发Java程序的工具，如编译器（javac）、调试器等。JDK还提供了丰富的类库和API，以及用于构建和管理Java项目的工具（如Maven、Gradle）。
2. 环境变量配置：
   在安装JDK后，需要配置环境变量以便在命令行中运行Java程序。主要的环境变量包括JAVA_HOME（指向JDK的安装目录）、PATH（包含JVM和JDK工具的路径）和CLASSPATH（指定Java类库的位置）。
3. 集成开发环境（IDE）：
   IDE是开发Java程序的常用工具，提供了代码编辑、调试、构建和部署等功能。常用的Java IDE包括Eclipse、IntelliJ IDEA和NetBeans等。

3. 2 Java 语言开发架构

3.2.1 语法规则

1. java语法包括标识符、关键字的定义和使用规则。例如，标识符用于给变量、类、方法等命名，要遵循以字母、美元符号（$）或下划线（_）开头，后续可跟字母、数字、美元符号或下划线的规则；关键字则是具有特定语法功能的保留字，像public、class等不能用于其他用途。
2. 数据类型分为基本数据类型（如byte、int、float、char、boolean等）和引用数据类型（如类、接口、数组）。基本数据类型有明确的存储大小和取值范围，而引用数据类型存储的是对象的引用。
   运算符（算术、关系、逻辑、位运算等）和表达式的构成及运算规则。例如，算术运算符用于基本的数学运算，关系运算符用于比较大小等，表达式则是由操作数和运算符组成的式子，运算时要遵循运算符优先级和结合性规则。

3.2.2 程序结构单位

1. 类是 Java 的基本构建块，它封装了数据（成员变量）和操作数据的方法。例如，一个简单的Person类可以有name和age等成员变量，以及getName、setName等成员方法。
2. 对象是类的实例，通过new关键字创建。例如，Person person = new Person(“Alice”, 25);创建了一个Person类的对象person，对象可以访问所属类的成员变量和方法。
3. 方法用于执行特定的操作，有参数（用于接收外部数据）和返回值（用于返回操作结果）。例如，public int add(int a, int b)是一个有两个参数a和b并返回它们之和的方法。
4. 包用于组织和管理类，避免类名冲突。像java.util包包含许多实用类，通过import语句可以在程序中引入需要的包中的类。

3.2.3 控制结构和异常处理

1. 控制结构包括顺序结构（语句按书写顺序执行）、选择结构（如if - else、switch - case用于根据条件执行不同代码块）和循环结构（for、while、do - while用于重复执行代码块）。
2. 异常处理通过try - catch - finally块来实现。try块包含可能抛出异常的代码，catch块捕获并处理特定类型的异常，finally块中的代码无论是否发生异常都会执行。同时，还可以使用throws关键字在方法声明中声明可能抛出的异常。
3. Java 运行时数据区
   堆是用于存储对象实例的内存区域，所有对象都在堆中分配内存。例如，当创建一个Person对象时，对象的内存空间就在堆中分配。
   栈主要用于存储局部变量和方法调用信息。每当一个方法被调用时，方法的局部变量和执行状态就会被压入栈中，方法执行结束后，相应的栈帧就会弹出。
   方法区存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等。例如，类的字节码、常量池信息都存储在方法区。
   程序计数器用于记录当前线程执行的字节码指令的行号，在多线程环境下，每个线程都有自己独立的程序计数器。

3. 3 Java 应用框架和类库等生态

3.3.1 核心类库

1. java.lang包是 Java 语言的核心包，提供了基本的类和接口，如Object（所有类的超类）、String（用于处理字符串）、System（提供标准输入输出等功能）等。这些类和接口是 Java 程序最常用的基础组件。
2. 输入输出相关类库主要集中在java.io和java.nio包中。java.io提供了基于字节流和字符流的输入输出操作，如FileInputStream、FileOutputStream、BufferedReader等；java.nio则提供了更高效的非阻塞式输入输出操作，如ByteBuffer、Channel等相关类。
3. 集合框架位于java.util包中，包括List（如ArrayList、LinkedList用于存储有序的元素集合）、Set（如HashSet、TreeSet用于存储无序且不重复的元素集合）、Map（如HashMap、TreeMap用于存储键值对）等接口和实现类，方便程序员对数据进行高效的存储和操作。

3.3.2 扩展类库和框架

1. 用于图形用户界面（GUI）开发的java.awt和javax.swing包。java.awt提供了基本的图形绘制和窗口组件功能，javax.swing是在java.awt基础上构建的更高级的轻量级组件库，用于开发跨平台的图形界面应用程序。
2. 企业级开发框架如 Java EE（Enterprise Edition），它提供了一系列用于开发企业级应用的技术和规范，包括 Servlet（用于处理 Web 请求）、JSP（Java Server Pages 用于生成动态网页）、EJB（Enterprise Java Beans 用于构建企业级组件）等。这些技术可以帮助开发人员构建大型的、分布式的、安全可靠的企业应用。
3. 用于数据库访问的java.sql和javax.persistence包。java.sql提供了基本的数据库连接和操作接口，如Connection、Statement、ResultSet等；javax.persistence是 Java 持久化规范，通过如 JPA（Java Persistence API）可以更方便地进行对象 - 关系映射（ORM）操作，将 Java 对象持久化到数据库中。

3.3.3 java生态-Java 开源项目与代码托管平台：

1. GitHub：
   平台介绍：全球最大最知名的代码托管平台。它拥有庞大的开发者社区和海量的开源项目，几乎涵盖了所有领域和技术方向的 Java 项目。
   热门 Java 开源项目：
   Spring Boot：一个用于快速构建基于 Spring 框架的应用程序的开发框架，大大简化了 Spring 应用的开发过程，在企业级应用开发中广泛使用，其项目地址为https://github.com/spring-projects/spring-boot。
   Elasticsearch：一个强大的开源搜索引擎，基于 Java 编写，用于全文搜索、数据分析等场景，项目地址是https://github.com/elastic/elasticsearch。
   Guava：Google 开发的一组核心库，提供了很多实用的工具类和数据结构，如集合操作、缓存、并发等功能，地址为https://github.com/google/guava。
2. GitLab：
   平台介绍：也是一个非常受欢迎的代码托管平台，与 GitHub 类似，但它提供了更多的企业级功能和更灵活的权限管理。既可以用于开源项目的托管，也适合企业内部的私有项目开发。
   特点：支持创建私有仓库，对于一些不想公开的 Java 项目开发非常有用。而且它的 CI/CD（持续集成 / 持续部署）功能也很强大，方便开发者进行项目的自动化构建和部署。
3. 码云（Gitee）：
   平台介绍：这是国内最大的代码托管平台之一，由开源中国推出。它提供了稳定的代码托管服务，访问速度较快，适合国内开发者使用。
   特点：对于一些网络访问受限的开发者，码云是一个很好的选择。它也有丰富的 Java 开源项目，比如一些适合国内开发者使用习惯和业务场景的项目。

4. 后记

正如前面所说，java的体系结构是庞大而且复杂的，本博文只是从宏观的角度出发，不深不浅地做了介绍，但对于绝大多数java的开发者来说，理解到这个层次应该是足够了。java体系结构还有最重要的一块就是JVM，这个在我之前的博文也有所涉及，但是只是一部分或者片面。本来也打算写一篇长博文系统深入介绍写JVM，但是没有勇气，害怕自己能力不足。。后面再说吧。

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