1.3 Java语言的特点

Java语言是由C++语言发展而来的，是一种彻底的面向对象的程序设计语言。作为一种纯面向对象的程序设计语言，它非常适合大型软件的开发，同时它去掉了C++语言的一些容易引起错误的特性。例如，Java语言没有指针，避免了使用指针直接访问物理寄存器带来的风险，Java取消了运算符重载，以及Java语言用接口代替了C++语言中容易引起混乱的多重继承机制等。Java语言具有如下特点。

1. 面向对象

对象是程序的基本单元和构件。在面向对象的程序语言中，对象是类的实例，而类则是描述对象的模板。类是具有相同属性和服务的一组对象的抽象、一般描述。抽象是事物的泛化，抽象的目的是提取重要的特征而忽略不重要的细节。对象是现实世界中某一个实际存在的事物，软件对象是数据和方法的封装体。类与对象的关系，如同一个模具与用这个模具铸造出来的铸件之间的关系；如同自行车图纸和自行车的关系。

封装是面向对象的一个重要原则。它有两个含义：第一个含义是，把对象的全部属性和全部服务结合在一起，形成一个不可分割的独立单位（即对象）；第二个含义也称作“信息隐蔽”，即尽可能隐蔽对象的内部细节，对外形成一个边界（或者形成一道屏障），只保留有限的对外接口使之与外部发生联系。这主要是指对象的外部不能直接的存取对象的属性，只能通过几个允许外部使用的服务（或称方法）与对象发生联系。

2. 跨平台

这里所指的平台是由操作系统（OS）和处理器（CPU）所构成的。跨平台或与平台无关是指应用程序不因操作系统、处理器的变化而导致程序无法运行或出现运行错误。

用Java语言编写的程序，经过Java编译器编译后生成Java语言特有的字节码（Bytecode），而不生成特定的CPU机器代码。字节码是一种中间码，它比机器码更抽象，跨平台性能更好。Java字节代码运行在Java虚拟机JVM（Java语言解释器）上。Java语言借助Java虚拟机，首先对Java编译后生成的字节码进行解释，虚拟机底层的运行系统把字节代码转化成实际的硬件调用，再执行它。

JVM是一种抽象机器，它附着在具体操作系统之上，本身具有一套虚拟机器指令，并有自己的栈、寄存器等。JVM类似一个小巧而高效的CPU，是一个应用程序仿真的软件实现。JVM通常不是在硬件上实现（目前，SUN公司已经设计实现了Java芯片，主要使用在网络计算机上。另外，Java芯片的出现也会使Java更容易嵌入到家用电器中）。Java虚拟机是与硬件、软件平台有关的，它使Java语言程序在某一特定硬件、软件平台环境中直接运行目标代码指令。Java编译出来的字节码与平台无关，这一点正是网络传输所需要的。

Java主要靠JVM在目标代码级实现平台无关性。JVM是Java平台无关的基础，Java源代码先经过Java编译器生成Java虚拟机的字节码，再经过Java解释器将字节码转换成实际系统平台上的机器码，然后真正执行。任何一台机器只要配备了Java解释器，就可以运行字节码，而不管这种字节码是在何种平台上生成的。另外，Java采用基于IEEE标准的数据类型。通过JVM保证数据类型的一致性，也就确保了Java的平台无关性。

3. 安全性

Java将重点用于网络/分布式运算环境，确保建立无病毒且不会被侵入的系统。内存分配及布局由Java运行系统决定，字节码验证可以轻松构建出防病毒、防黑客的系统。

Java最初设计目的是应用于电子类消费产品，要求有较高的可靠性。Java虽然源于C++，但它消除了很多C++不可靠因素，可以防止很多编程错误。首先，Java是强类型的语言，要求显式的方法声明，保证了编译器可以发现方法调用错误，保证程序更加可靠；其次，Java不支持指针，杜绝了内存的非法访问；第三，Java的自动单元收集防止了内存丢失等动态内存分配的问题；第四，Java解释器运行时实施检查，可以发现数组和字符串访问的越界；最后，Java提供了异常处理机制，便于程序即时发现运行错误。

由于Java主要用于网络应用程序开发，因此对安全性有着较高的要求。如果没有安全保证，用户从网络下载程序执行就非常危险。

4. 多线程

线程是操作系统的一种概念，被称为轻量级进程，是比传统进程更小的、可并发执行的单位。C和C++采用单线程体系结构，Java提供了多线程支持。

一个线程是一个程序内部的顺序控制流。在DOS环境下我们只能同时运行一个程序，也就是程序只有一条顺序控制流。当一部分程序因为某种原因不能执行下去的时候，整个程序就停止在那里，其他的操作就不能执行。进程的特点是每个进程都有独立的代码和数据空间，进程切换的开销大。线程是轻量的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器，线程切换的开销小。通常，线程之间的切换是非常迅速的，使人们觉得好像所有的线程都是在同时执行似的。但是在系统内部来看，线程仍是串行执行的，只不过由于操作系统可以快速、自动地进行切换，从而给人一种并发执行的感觉。

多进程指在操作系统中，能同时运行多个任务（程序）。多线程是在同一应用程序中，有多个顺序流同时执行。如果多进程指在操作系统中我们可以同时运行多个任务（程序）的话，那么，多线程就是指在同一应用程序（进程）中我们也可以有多个任务（顺序流）同时执行。多线程的优点是具有更好的交互性以及实时行为。