这是 Java 入门系列的第一天。这一篇解决三个问题：计算机软硬件的基本常识、Java 凭什么”一次编写，到处运行”，以及如何亲手把第一个 Hello World 从源代码变成屏幕上的一行输出。

本篇目标

  • 了解计算机硬件的五大部件与软件分类，建立”程序跑在哪里”的直觉
  • 讲透 JDK、JRE、JVM 三者的关系与跨平台原理
  • 理解 Path、JAVA_HOME 环境变量背后的原理，而不是照抄配置步骤
  • 完整走通”编写 → 编译 → 运行”Hello World 的全流程，并能排查常见错误

先懂一点计算机常识

计算机由硬件和软件组成，没装任何软件的机器称为”裸机”。硬件按冯·诺依曼体系结构分为五大部件：

  • 运算器 + 控制器：合称 CPU，是计算机的核心。运算器做算术与逻辑运算，控制器负责取指令、译码并发出控制命令，CPU 内部还有高速寄存器暂存数据。
  • 存储器：分内存与外存。内存（RAM）速度快、容量小、断电即失，用于存放正在执行的程序和数据；外存（硬盘、SSD）相反，用于长期保存。程序必须先装入内存才能被 CPU 执行——这解释了为什么”内存大小”直接影响电脑的流畅度。
  • 输入设备 / 输出设备：键盘、鼠标、显示器等，统称 I/O 设备。

软件分两类：系统软件（Windows、Linux、macOS、Android）负责管理硬件资源；应用软件（QQ、浏览器）面向具体需求。所谓软件开发，就是借助计算机语言，把人的意图翻译成机器能执行的指令序列。

从机器语言到 Java

计算机语言经历了三个阶段：

  1. 机器语言：直接用 0 和 1 组成的指令，CPU 能执行，人几乎无法读写。
  2. 汇编语言：用助记符（如 ADD、MOV）代替二进制串，需要汇编器翻译成机器码，仍然贴近硬件。
  3. 高级语言：用接近英语的语法写源代码，由编译器或解释器翻译成机器指令。C、C++、Java、Python 都在此列。

Java 由 Sun 公司的 James Gosling 团队在 1995 年正式推出（前身是 1990 年”绿色计划”中的 Oak 语言），2009 年 Sun 被 Oracle 收购后由 Oracle 继续维护。它的设计目标就是简单、面向对象、跨平台。

跨平台的秘密：JVM

“Write once, run anywhere” 是 Java 最著名的口号。它的原理是：Java 源码不直接编译成某个平台的机器码，而是编译成一种中间格式——字节码（.class 文件），再由各平台上的 Java 虚拟机（JVM）把字节码翻译成本机指令执行。

换句话说，跨平台的不是 Java 程序本身，而是 JVM：Windows、Linux、macOS 各自安装自己的 JVM，字节码不变，运行效果一致。JVM 充当了程序与操作系统之间的”翻译官”，把平台差异全部屏蔽掉了。

JDK、JRE、JVM 的关系

三者是层层包含的关系：

  • JVM：运行字节码的虚拟机，跨平台的核心。
  • JRE = JVM + 核心类库。只想运行别人开发好的 Java 程序，装 JRE 就够。
  • JDK = JRE + 开发工具。开发工具包括编译器 javac、打包工具 jar、文档工具 javadoc 等。

为什么 JDK 里要自带一个 JRE？因为开发者写完程序总要运行验证。所以安装了 JDK 就不必单独安装 JRE。顺带一提：从 JDK 9 引入模块化之后，JDK 安装目录里不再有独立的 jre 子目录，运行时被整合进模块系统；需要精简运行镜像时可以用 jlink 自行裁剪。

下载、安装与验证

学习阶段建议安装长期支持版（LTS），如 JDK 17 或 JDK 21，可从 Oracle 官网或 Adoptium 等开源发行版下载。安装时有两条老规矩依然有效：路径不要包含中文和空格；所有开发软件放在统一目录下，便于管理。

装完后打开命令行验证：

java -version
javac -version

两条命令都能输出版本号，说明安装与配置成功。

环境变量为什么这样配

很多教程只告诉你”点哪里”，这里讲清楚为什么。

Path 的原理：在命令行输入一个命令（如 javac）时，操作系统先在当前目录查找，找不到就按 Path 里配置的目录列表依次搜索。把 JDK 的 bin 目录加进 Path，本质是把 javac、java 等工具的位置告诉系统，这样在任何目录下都能使用它们——也就不用把源代码文件混进 JDK 的安装目录，避免误删工具或污染 JDK。

JAVA_HOME 的约定：单独建一个 JAVA_HOME 指向 JDK 根目录，再在 Path 里写 %JAVA_HOME%\bin（macOS/Linux 写 $JAVA_HOME/bin）。好处有二：一是 JDK 升级时只需改 JAVA_HOME 一处；二是 Maven、Tomcat 等大量第三方工具默认读取 JAVA_HOME 来定位 JDK。注意 Path 中的条目有先后顺序，系统取第一个匹配项，机器上装了多个 JDK 时，要把想用的版本排在前面。

classpath 不需要配：早期教程常让配置 classpath 指定 .class 文件的搜索路径，从 JDK 5 起类加载器默认就会搜索当前目录，乱配 classpath 反而是新手”找不到或无法加载主类”报错的常见根源。

Hello World 全流程

新建文件 HelloWorld.java。注意文件名必须与 public 类名完全一致；Windows 默认隐藏扩展名，要防止存成 HelloWorld.java.txt：

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

在命令行进入文件所在目录，执行两步：

javac HelloWorld.java   # 编译：生成 HelloWorld.class 字节码文件
java HelloWorld         # 运行：启动 JVM，加载 HelloWorld 类，执行 main 方法

逐行拆解这段代码：

  • public class HelloWorld：定义一个公开类，类是 Java 程序的基本组织单位。
  • public static void main(String[] args)：程序入口。public 保证 JVM 能访问，static 让 JVM 不用创建对象就能调用，void 表示没有返回值，String[] args 接收命令行参数。这一行是 JVM 与程序员之间的固定契约，一个单词都不能错。
  • System.out.println(...)：调用标准输出，打印一行文本并换行。

新手常见错误几乎集中在几处：把 class、String、System、main 写错大小写（Java 严格区分大小写）；中英文标点混用（分号、引号必须是英文符号）；大括号不配对；运行时多写了后缀（java HelloWorld.class 是错的）。

注释、关键字与标识符

注释是写给人看的，编译器直接忽略，用来解释代码、辅助调试：

// 单行注释

/*
 * 多行注释
 */

/**
 * 文档注释，可被 javadoc 提取生成 API 文档
 */
public class CommentDemo {
}

关键字是被 Java 赋予特定含义的单词（如 class、public、static），全部小写，不能用作名字；goto 和 const 是保留字，目前未启用。标识符是给类、方法、变量起名的字符序列，规则是：由字母、数字、$、_ 组成，不能以数字开头，不能使用关键字。

约定俗成的命名规范（语法不强制，但必须遵守，否则别人读不懂你的代码）：

  • 包名：全部小写，常用域名倒写，如 com.example.demo
  • 类名：大驼峰，如 HelloWorld、StudentService
  • 方法与变量：小驼峰，如 getName、studentAge
  • 常量：全大写加下划线，如 MAX_VALUE

关于开发工具

第一天先用记事本加命令行是有意义的：亲手敲 javac 和 java，才能理解编译与运行是两个独立阶段，出了问题知道去哪一层排查。但日常开发请直接使用 IDE——目前业界主流是 IntelliJ IDEA（社区版免费），它在代码提示、重构、调试上的体验远超当年的 Eclipse。等命令行流程跑通之后，就果断切换到 IDEA。

小结

  • 计算机 = 硬件（五大部件）+ 软件；程序必须装入内存才能运行。
  • Java 跨平台靠 JVM：源码编译为字节码，各平台的 JVM 负责翻译执行。
  • JDK = JRE + 开发工具，JRE = JVM + 核心类库，装 JDK 即可覆盖一切。
  • Path 让系统在任何目录找到 javac/java；JAVA_HOME 便于升级和第三方工具引用；classpath 不需要配置。
  • Hello World 三步走：写 .java → javac 编译出 .class → java 启动 JVM 执行 main。
  • 命名遵守驼峰规范，注释写给人看；入门用命令行，之后切换到 IntelliJ IDEA。