Java 学习知识库

主题

JDK 与 Java 版本 ​

S0-001必学入门约 45 分钟JDK 21学习准备与环境 · 环境与工具链

1. 本节定位 ​

这是整个知识库的第一节课。目标不是学会写 Java，而是把"能编译、能运行、版本可控"这件事一次性做对。

环境问题是最容易劝退初学者的一类问题：'java' 不是内部或外部命令、版本不匹配、class file version 错误，这些报错会让人误以为自己不适合学编程。实际上它们和编程能力毫无关系，只是环境没配好。本节把这些问题一次讲清。

2. 学习目标 ​

完成本节后，你应该能够：

  • 用自己的话说清 JDK、JRE、JVM 三者的关系；
  • 看懂 java -version 的输出，说出当前用的是哪个版本、哪个发行版；
  • 独立完成 JDK 安装与环境变量配置，并用命令行验证；
  • 编译并运行第一个 Java 程序；
  • 遇到"命令找不到""版本不对"时，知道按什么顺序排查。

3. 前置知识检查 ​

本节无前置知识，只需确认三件事：

  1. 你能打开终端（Windows 上是 PowerShell 或 CMD）；
  2. 你有权限在这台电脑上安装软件；
  3. 你知道这台电脑的操作系统是 64 位 Windows。

本机现状提示

本机已安装 OpenJDK 25.0.2 LTS（Microsoft 发行版），JAVA_HOME 指向 C:\Program Files\Microsoft\jdk-25.0.2.10-hotspot。

本知识库的教学基线是 Java 21 LTS：所有示例代码按 21 编写，用本机 JDK 25 通过 --release 21 编译即可兼容。也就是说——你现在不需要卸载或更换 JDK，本节的重点是理解版本体系与验证方法。

4. 为什么需要这个知识 ​

设想三个真实场景：

场景一：你照着教程敲完代码，命令行输入 java HelloWorld，得到 'java' 不是内部或外部命令。这不是代码问题，是系统根本不知道 java 在哪。

场景二：同事说"这个项目要用 JDK 17 跑"，你装了最新版 Java 25，结果启动报错 UnsupportedClassVersionError。原因是编译用的版本比运行环境的新。

场景三：面试官问"JDK 和 JRE 有什么区别"。你以为这是背概念，其实它决定了你能不能解释"为什么 Java 程序换台机器还能跑"。

这三个场景的共同点是：版本和环境是工程的组成部分，不是安装软件的琐事。

5. 核心概念 ​

5.1 JDK、JRE、JVM 的关系 ​

text
JDK（Java Development Kit，开发工具包）
 ├── 编译器 javac、打包工具 jar、诊断工具 jcmd/jstack ...
 └── JRE（Java Runtime Environment，运行环境）
      ├── 类库（String、List、Stream 等标准库）
      └── JVM（Java Virtual Machine，虚拟机）
           └── 真正执行字节码的程序

一句话记忆：JDK ⊃ JRE ⊃ JVM。

  • JVM 负责执行编译后的字节码（.class 文件），屏蔽操作系统差异，"一次编写，到处运行"靠它实现；
  • JRE 是运行 Java 程序的最小集合，普通用户只需要它；
  • JDK 是开发者需要的完整工具集，本知识库全程使用 JDK。

5.2 Java 程序的执行流程 ​

text
HelloWorld.java  ──javac 编译──▶  HelloWorld.class  ──java 运行──▶  JVM 执行
    （源码）                        （字节码）                      （输出结果）

关键点：编译一次，到处运行。.class 文件是平台无关的字节码，JVM 才是平台相关的。

5.3 版本号怎么看 ​

Java 的版本号在历史上换过一次规则，这是最容易搞混的地方：

俗称正式版本号发布时间状态
Java 81.82014存量项目仍大量使用，面试常考
Java 11112018LTS
Java 17172021LTS，Spring Boot 3 的最低要求
Java 21212023LTS，本知识库基线
Java 25252025LTS，本机已安装

LTS（Long Term Support，长期支持版） 指官方提供多年安全更新的版本。企业选型几乎只在 LTS 里挑，所以不要用非 LTS 版本（如 Java 22、23）作为项目主版本。

为什么基线选 21 而不是最新版

Java 25 太新，企业采用率低、生态尚未完全跟上。教学基线选 21，理由有三：企业当前主流 LTS、Spring Boot 3.x 要求 17+、包含 Record / Sealed / 虚拟线程等现代特性。Java 8 的差异会在 S1 的《Java 版本特性》里单独对照。

5.4 发行版：同一个 Java，不同的厂商 ​

Java 是开放标准，多家厂商都提供实现，常见的有：

发行版提供方特点
Oracle JDKOracle商业使用需注意授权条款
OpenJDK开源社区参考实现，完全免费
TemurinEclipse 基金会免费，企业常用
Microsoft OpenJDK微软本机装的就是这个，Windows 上体验好

学习阶段用任意一个都行，它们都实现了同一套规范。真正要统一的是版本号，不是发行版。

6. 操作步骤：安装与验证 ​

6.1 检查当前状态 ​

打开 PowerShell，依次执行：

powershell
java -version
javac -version
echo $env:JAVA_HOME

三条命令的含义分别是：运行的 Java 版本、编译器版本、JDK 安装目录。

6.2 如果要新装一个 JDK（可选） ​

  1. 到 Adoptium Temurin 21 下载 Windows x64 的 .msi；
  2. 安装时勾选 Set JAVA_HOME variable 与 Add to PATH；
  3. 关闭并重新打开终端（环境变量只在新的终端里生效）；
  4. 重复 6.1 的三条命令验证。

多版本共存

同一台机器可以装多个 JDK。切换方式有两种：改 JAVA_HOME 指向的目录，或在 IDE 里为每个项目单独指定 SDK（推荐，《IDEA 与项目创建》 会讲）。不要为了"版本干净"反复卸载重装。

7. 完整可运行代码 ​

文件：labs/first-step/HelloFirstDay.java（独立示例文件，无 package 声明，不属于任何 Maven 模块） Java 版本：21 依赖：无（JDK 自带） 运行命令（在仓库根目录执行）：

powershell
cd labs\first-step
javac --release 21 HelloFirstDay.java
java HelloFirstDay

也可以不手动编译、一步运行：java HelloFirstDay.java（JDK 11+ 单文件源码模式；在 labs\first-step 目录内执行）。

java
public class HelloFirstDay {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, Java 学习知识库");
        System.out.println("JVM 版本: " + System.getProperty("java.version"));
        System.out.println("JVM 供应商: " + System.getProperty("java.vendor"));
        System.out.println("操作系统: " + System.getProperty("os.name"));
    }
}

预期输出（本机 JDK 25 的实际输出）：

text
Hello, Java 学习知识库
JVM 版本: 25.0.2
JVM 供应商: Microsoft
操作系统: Windows 11
为什么用 --release 21 编译

--release 21 让编译器按 Java 21 的语言规则和类库生成字节码，同时阻止你无意中使用 22 以后才有的 API。这样代码在 JDK 21 和 JDK 25 上都能跑，是保证"示例代码跨版本一致"的标准做法。

8. Debug 观察点 ​

环境类问题用不到断点，但要看懂输出：

  1. java -version 输出的第一行 openjdk version "25.0.2" 中的 25.0.2 是版本号；
  2. 第二行 build 25.0.2+10-LTS 里的 LTS 标记说明这是长期支持版；
  3. echo $env:JAVA_HOME 输出为空，说明环境变量没配，命令行找不到 JDK；
  4. 任何一个输出不对，先修环境再看代码，不要改代码去迁就环境。

9. 常见错误 ​

错误 1：'java' 不是内部或外部命令 ​

原因：PATH 里没有 Java 的 bin 目录，或终端没重启。

修复：确认 JAVA_HOME 已设置，并把 %JAVA_HOME%\bin 加入 PATH，然后关闭并重开终端。

错误 2：UnsupportedClassVersionError: class file version 69.0 ​

原因：用高版本 JDK 编译，用低版本 JVM 运行（69 = Java 25，61 = Java 17，65 = Java 21）。

修复：编译时加 --release 21，或统一编译与运行的 JDK。

错误 3：错误: 找不到或无法加载主类 HelloFirstDay ​

四种常见原因，按顺序排查：

  1. 当前目录不是 .class 所在目录；
  2. 类名拼写和文件名不一致（Java 要求 public 类名与文件名一致）；
  3. 编译其实失败了，但你没注意到上面的报错；
  4. 源文件带 package 声明，却用简单类名运行。特征：报错末尾会多一行 原因: java.lang.NoClassDefFoundError: ... (wrong name: ...)。修复：把工作目录切到包根目录后用全限定类名运行（例如 labs/start 模块里的类要写 java cn.kb.learn.Main），或改用单文件源码模式 java Xxx.java 一步运行。

10. 动手实验 ​

目标：验证本机 Java 环境，并产出一份个人环境记录。

步骤：

  1. 执行 java -version、javac -version、echo $env:JAVA_HOME，把三条输出原样记录；
  2. 编译并运行仓库中的 labs/first-step/HelloFirstDay.java（也可以把它复制到任意目录，再编译运行一次）；
  3. 把编译产物 HelloFirstDay.class 删掉，重新编译一次，确认能复现；
  4. 记录一个问题：如果要让本机默认使用 Java 21，你需要改哪些地方？

验收方式：能把三条命令的输出和程序运行结果贴出来，并说清每条输出的含义。

扩展任务：故意把 PATH 里的 Java 路径删掉，观察报错，再改回来。亲手制造并修复一次，比看十遍文档管用。

11. 练习题 ​

基础题

  1. 判断：JRE 可以编译 .java 源码。（对 / 错）
  2. 选择：下列哪些是 LTS 版本？（Java 8 / Java 11 / Java 17 / Java 21 / Java 22）
  3. 简答：用一句话说明 JDK、JRE、JVM 的关系。

代码阅读题

java
public class VersionCheck {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(System.getProperty("java.version"));
        System.out.println(System.getProperty("java.home"));
    }
}
  1. 这段代码输出的两行分别是什么含义？为什么 java.home 不等于 JAVA_HOME？

编程题

  1. 写一个程序，输出当前 Java 版本、Java 主版本号（如 21、25）、以及 JVM 能用的最大内存（提示：Runtime.getRuntime().maxMemory()，单位是字节，请换算成 MB）。

综合任务

  1. 在不动本机 JDK 25 的前提下，让你的终端在需要时能用 Java 21 编译（提示：--release、安装第二个 JDK、IDE 项目级 SDK 三选一），并写下一句话说明你选了哪种方案、为什么。
分级提示

提示 1（方向）：第 5 题的"主版本号"可以从 java.version 字符串里截取，也可以用 Runtime.version().feature()。

提示 2（关键点）：第 5 题的字节转 MB 用 maxMemory / 1024 / 1024；注意整数除法会截断小数，想保留一位小数可以用 double。

提示 3（接近答案）：第 6 题最省事的方案是不装新 JDK，直接用 javac --release 21；这也是本知识库全部示例采用的方式。

12. 参考答案 ​

基础题
  1. 错。JRE 只包含运行环境，没有 javac 编译器，编译需要 JDK。
  2. Java 8、11、17、21 是 LTS。Java 22 是非 LTS 版本，不支持长期。
  3. JDK 包含 JRE，JRE 包含 JVM：JDK 是开发工具集，JRE 是运行环境，JVM 是真正执行字节码的虚拟机。
代码阅读题（第 4 题）
  • java.version：当前运行程序的 JVM 版本号，如 25.0.2；
  • java.home：当前 JVM 自己的安装目录，是运行时的真实路径；
  • 两者可能不一致：JAVA_HOME 是给人看的配置变量，实际运行时可以由 IDE、构建工具或启动脚本临时指定另一个 JDK。以 java.home 为准。
编程题（第 5 题）
java
public class VersionInfo {
    public static void main(String[] args) {
        String version = System.getProperty("java.version");
        int feature = Runtime.version().feature();
        long maxMemoryMb = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;

        System.out.println("版本号: " + version);
        System.out.println("主版本: " + feature);
        System.out.println("JVM 最大可用内存: " + maxMemoryMb + " MB");
    }
}

预期输出示例：

text
版本号: 25.0.2
主版本: 25
JVM 最大可用内存: 3966 MB

说明：maxMemory 的值取决于机器内存与 JVM 参数，不同机器不同，这是正常的。

综合任务（第 6 题）

推荐答案：不安装第二个 JDK，统一用 javac --release 21。

powershell
javac --release 21 HelloFirstDay.java
java HelloFirstDay

理由：本知识库所有示例都声明了目标版本 21，用 --release 可以保证语法与类库都不越界，同时不必维护多套 JDK 环境。当后续需要构建 Maven 项目时，统一在 pom.xml 里配置 <maven.compiler.release>21</maven.compiler.release>。

13. 掌握标准 ​

进入 《IDEA 与项目创建》 之前，请确认你能做到：

  • [ ] 不看资料说出 JDK、JRE、JVM 的关系；
  • [ ] 独立完成一次 JDK 版本检查与环境变量排查；
  • [ ] 用 javac --release 21 编译并运行一个类；
  • [ ] 看到 'java' 不是内部或外部命令 时知道先检查什么。

14. 扩展资源 ​

15. 下一步学习 ​

《IDEA 与项目创建》 会把命令行操作搬进 IDE：创建 Maven 项目、运行、调试。本节是"能跑起来"，《IDEA 与项目创建》 是"能高效地跑起来"。

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后续知识

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