[Java] Java / Spring Boot Web 開發環境與語言架構指南

Intro

JVM

JVM (Java Virtual Machine - Java虛擬機)，能夠執行Java位元組碼且以堆疊結構機器實做的虛擬機器。它有自己的硬體架構，如處理器、堆疊、暫存器等，還具有相應的指令系統。
JVM 封鎖了與具體作業系統平台相關的資訊，使得Java程式只需生成在 JVM 上執行的目的碼（位元組碼），就可以在多種平台上執行。通過對中央處理器(CPU)所執行的軟體實作，實現能執行編譯過的Java程式碼 (Applet與應用程式)。

(References: Wikipedia & JVM Architecture Diagram)

JRE & JDK安裝

1. 安裝JRE:

# Ubuntu
$ sudo apt install default-jre

驗證JAVA版本：

$ java -version

2. 安裝JDK (一般會包含JRE)

Oracle JAVA (JRE/JDK) Download

# Ubuntu
$ sudo apt install default-jdk

使用JAVAC驗證版本：

$ javac -version

管理與選擇JAVA版本

若有安裝不同版本JAVA則可以透過update-alternatives指令選擇預設版本：

$ sudo apt install openjdk-{version}-jdk openjdk-{version}-jre

$ sudo update-alternatives --config java
$ sudo update-alternatives --config javac

Java version history Table

Quick Start

HelloWorld編譯測試

測試撰寫一支HelloWorld.java檔案以供編譯：

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

使用javac指令編譯該程式檔案：

$ javac HelloWorld.java

使用java執行編譯產生出來的Class(HelloWorld.class)名稱：

$ java HelloWorld

常用函數

System.out.println("HelloWorld");
System.exit(0);

語言特性

Java class main() method: JVM 啟動調用 class 預設呼叫的 method，故須為 public。
Command-Line Arguments: main() 的 arguments 可透過 command line 帶入，IDE 則設定 Run/Debug Configuration for Application 時可設定 arguments。

JAVA Package套件管理

Maven Central Repository

Maven Dependencies - Wiki

POM.xml - MVN 套件設定檔

Maven Central支援多種Dependency工具，對應工具的安裝方法可以參考官網，例如套件：org.apache.httpcomponents.client5:httpclient5:5.1

Namespace 規則：{Group ID/Artifact ID}:{Package name} (與 Github 無關聯)

Maven Project

Apache Maven - Wiki

Maven專案使用專案物件模型（Project Object Model，POM）來組態。專案物件模型儲存在名為 pom.xml 的檔案中。

Maven 專案 user setting file 設定可以參考：Settings Reference - Maven

Gradle

Gradle - Wiki

Gradle是一個基於Apache Ant和Apache Maven概念的專案自動化建構工具，預設來源套件庫一樣使用mavenCentral()。

可以透過安裝並指令執行Gradle以建立專案，或直接用IDE建立: Building Java Applications Sample

手動安裝 Gradle

透過修改build.gradle設定dependencies，完成後 Load Gradle Changes 時即會更新套件：Managing Dependencies of JVM Projects

Logging

Java built-in java.util.logging

Config / Properties

Confidential Properties

如果為 confidential Properties

.gitignore 加入要載入的檔案 path/to/credential.properties
另外可以建立 path/to/credential-sample.properties 作為 Preperties 範例檔

開發工具 (JetBrains - IntelliJ IDEA)

Create New Project (建立全新專案)

Project JDK 版本請選擇環境上所偵測到的 JAVA 路徑。以及選擇 build system (如 Maven 和 Gradle) 建立專案進行撰寫與執行輸出即可。

Spring Boot Web

Spring Boot 也可以搭配 IntelliJ IDEA Community 版本開發，可以利用線上版 Spring Initializr 產生下載 Project 檔案以供匯入專案進行開發。

Spring Quick Start: https://spring.io/quickstart

Dependencies 選擇 Spring Web (org.springframework.boot:spring-boot-starter-web)

匯出 zip 檔解包後，將資料夾使用 IntelliJ Open project，進入後會自動 Build Project， Project 完成可用後可以從左側導覽列點進資料夾路徑src/main/java/{project-domain}找 Application 檔案右鍵執行Run來測試啟動 Spring Boot Web，可以看到預設會在localhost:8080上啟動服務(Tomcat initialized with port(s): 8080 (http))。

若要自建 Spring Boot Web 專案，主要需要依照專案添加 Spring Boot Build Tool Plugins 後，再引入套件 org.springframework.boot:spring-boot-starter-web，之後參考 Spring Quick Start 建出 Application 啟動點。

Controller 建立

Building an Application with Spring Boot

Spring Initializr 專案預設沒有 Controller，可以在左側導覽點選資料夾路徑src/main/java/{project-domain}並點開滑鼠右鍵選單: New > Java Class，建立一個 Controller 例如HelloController，Class 內容會自動填好 package，往下自行來撰寫Code，範例如下:

package com.example.demo;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

@RestController
public class HelloController {
    @GetMapping("/")
    public String index() {
        return "Welcome to Spring Boot!";
    }

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello";
    }
}

部署

JAVA 專案的打包(package)格式主要區分為兩種：

JAR (Java Archive)
WAR (Web Application Archive)
是一種JAR檔案，其中包含用來分發的JSP、Java Servlet、Java類、XML檔案、標籤庫、靜態網頁（HTML和相關檔案），以及構成Web應用程式的其他資源。在搭配 Web server 的架構下一般都是使用 WAR 文件運行。

Spring-boot 這種內嵌式 Tomcat Web server 整包框架則可直接使用 JAR 文件運行實現

Deploy a Spring Boot application JAR file with Nginx reverse proxy

JAR

打包可執行的JAR檔需要設定 Manifest 檔案，流程與範例可以參考 Java™ Tutorials - Setting an Application's Entry Point

Lesson: Packaging Programs in JAR Files (The Java™ Tutorials > Deployment)

Gradle 打包可以參考：Building Java Projects with Gradle
SpringBoot project 可以直接在專案根目錄執行 Shell gradle build 完成打包，透過 java -jar project.jar 啟動執行。

Template Engine

這裡以 Thymeleaf 搭配 Spring 快速 Demo:

引入 Thymeleaf Dependency，Gradle範例如下：
```
implementation 'org.thymeleaf:thymeleaf-spring6'
```

在預設路徑 src/main/resources/templates 下建立View檔案，例如hello.html:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org">
<head>
    ...
</head>
<body>
    <h1 th:text="${headerName}"> </h1>
</body>
</html>

建立 Controller：

import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;
import org.springframework.ui.Model;

@Controller
public class DemoController {
    @GetMapping("/hello")
    public String hello(Model model) {
        model.addAttribute("headerName", "Hello Thymeleaf");
        return "hello";
    }
}

(五) SpringBoot起飛之路-Thymeleaf模板引擎整合及基本用法總結

Comparing Template engines for Spring MVC - GitHub

FreeMarker vs Groovy vs Mustache vs Thymeleaf | SpringHow

Concurrency (並發/並行)

Multi-Threading

Diagram

JAVA 原生 liberaries:

java.lang.Thread: JAVA 基本 thead class (範例)
java.util.concurrent.Executor: 簡易的 thread pool 用來執行異步執行任務 (範例)
java.util.concurrent.ExecutorService: Executor 的子類，提供更完善的方法來管理和控制 thread pool (範例)

Introduction to Thread Pools in Java

Mutli-Processing

Guide to java.lang.ProcessBuilder API - Baeldung

References

Java’s Thread Model and Golang Goroutine (English version)

Appendix

HTTP Client

JAVA內建的HTTP Client為URLConnection:

URLConnection
HttpURLConnection
Sample Code
較熱門使用的HTTP Client套件為Apache HttpClient:

Apache HttpClient Overview

JAVA HTTP Client範例程式碼：JAVA HTTP Client Sample codes

Spring Boot Setting

How to Change the Default Port in Spring Boot

YIDAS Code