Java 平台系统梳理

Java 是由 Sun Microsystems（后被 Oracle 收购）于 1995 年发布的面向对象编程语言及运行时平台。其核心设计理念是 "Write Once, Run Anywhere"（一次编写，到处运行），通过 Java 虚拟机（JVM）实现跨平台能力。当前 Java SE 最新版本为 26（2026），LTS 版本包括 8、11、17、21。

2. 行为图（系统做什么）

从开发者与系统交互的角度，递进展示 Java 平台的核心行为流程。

2.1 用例图 — Java 平台用户场景

展示 Java 平台的主要参与者及其用例：开发者编写代码、编译、运行、调试、部署等核心场景。

图 1：Java 平台用例图

// Demo：开发者典型工作流
// 1. 编写源码
public class Hello { public static void main(String[] a) { System.out.println("Hello"); } }
// 2. 编译
// $ javac Hello.java
// 3. 运行
// $ java Hello

2.2 活动图 — Java 源码到执行全流程

展示从 .java 源文件到 CPU 执行的完整流水线：编译 → 类加载 → 字节码验证 → 解释执行/JIT 编译 → GC 管理。

图 2：Java 源码到执行的活动图（带泳道）

2.3 状态机图 — JVM 线程生命周期

JVM 线程从创建到终止经历 6 种状态，受操作系统调度和 Java 并发 API（wait/notify、LockSupport、synchronized）驱动。

图 3：JVM 线程生命周期状态机

// Demo：线程状态转换演示
Thread t = new Thread(() -> {
    try { Thread.sleep(1000); }              // TIMED_WAITING
    catch (InterruptedException e) {}
    synchronized (lock) { lock.wait(); }     // WAITING
});
t.start();  // NEW → RUNNABLE
t.join();   // 主线程 WAITING

2.4 序列图 — HotSpot JVM 方法调用过程

展示 Java 方法调用在 JVM 内部的完整协作流程，包括类加载、字节码解释/编译、JNI 调用机制。

图 4：JVM 方法调用序列图

3. 结构图（系统由什么组成）

从宏观架构到内部细节，递进展示 Java 平台的静态组织结构。

3.1 组件图 — JVM 内部架构

JVM（HotSpot 实现）主要由三大子系统组成：类加载子系统、运行时数据区、执行引擎。

图 5：JVM 内部组件图

3.2 包图 — Java SE 21 模块系统

Java 9 引入模块化系统（Project Jigsaw），JDK 自身拆分为 70+ 模块，以 java.base 为根模块。

图 6：Java SE 21 核心模块包图

3.3 类图 — Java 核心类层次

展示 Java 语言核心类型体系的继承、实现与组合关系。

图 7：Java 核心类层次类图

// Demo：核心类型的使用
String s = "hello";                         // java.lang.String (final)
List<String> list = new ArrayList<>();        // java.util 集合框架
list.add(s);
list.stream().filter(x -> x.length() > 3)   // Stream API (Java 8)
    .forEach(System.out::println);           // 方法引用

3.4 部署图 — 典型 Java 应用生产部署

展示 Spring Boot 微服务架构的典型物理部署拓扑。

图 8：Java 微服务生产部署图

4. 使用手册

4.1 安装 JDK

推荐使用 Eclipse Adoptium（开源 OpenJDK 构建版）或 Oracle JDK。

# macOS (Homebrew)
brew install openjdk@21

# Ubuntu/Debian
sudo apt install openjdk-21-jdk

# 验证安装
java --version
javac --version

4.2 第一个 Java 程序

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

# 编译与运行
javac Hello.java          # → Hello.class
java Hello                # 输出: Hello, Java!

# Java 11+ 可直接运行单文件
java Hello.java           # 输出: Hello, Java!

4.3 构建工具

// Maven pom.xml 最小示例
<project>
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
  <groupId>com.example</groupId>
  <artifactId>demo</artifactId>
  <version>1.0</version>
  <dependencies>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
      <version>3.3.0</version>
    </dependency>
  </dependencies>
</project>

4.4 核心语言特性

4.5 最佳实践