Java基礎(chǔ)實踐教程-Java 開發(fā)入門

1.1Java語言概述1.2JDK的安裝與使用1.3Java語言的運行機制1.4Eclipse軟件開發(fā)工具1.1Java語言概述1.1.1Java語言體系Java語言是一種計算機編程語言。計算機編程語言也叫計算機語言(ComputerLanguage)，是人與計算機之間通信的語言。它主要由一些指令組成，能夠被計算機接受和處理。計算機語言可分為機器語言、匯編語言和高級語言三種。高級語言又分為面向過程的編程語言和面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。目前比較流行的面向過程的編程語言有C、Fortran、Basic和Pascal等，面向?qū)ο蟮木幊陶Z言有Smalltalk、Eiffel、C++、C#和Java等。Java語言是基于C和C++語言編寫而成的，屬于典型的面向?qū)ο缶幊陶Z言。它是由SUN公司(已于2009年被Oracle公司收購)于1995年5月推出的一種可以編寫跨平臺應(yīng)用軟件的程序設(shè)計語言。人們常說的Java語言是Java面向?qū)ο缶幊陶Z言和Java平臺的總稱。為了適應(yīng)不同的市場應(yīng)用需求，SUN公司將Java語言劃分為三大體系，分別為JavaPlatformStandardEdition(JavaSE或J2SE)、JavaPlatformEnterpriseEdition(JavaEE或J2EE)和JavaPlatformMicroEdition(JavaME或J2ME)，如表1-1-1所示。1.1.2Java語言的特點Java語言的主要特點有以下七個方面。1.簡單性Java語言繼承了很多C與C++語言的語法結(jié)構(gòu)和特點，同時還丟棄了C++語言中那些使用頻次低、不好理解的特性，使得編程更加簡單。特別地，Java語言不支持指針，而是使用引用，并提供了自動分配和回收內(nèi)存空間的機制，這樣程序員不必為內(nèi)存管理而擔憂。2.面向?qū)ο驤ava語言是具備類、接口和繼承等面向?qū)ο蟮暮诵囊?，支持類的單繼承和接口的多繼承，同時支持類與接口之間的實現(xiàn)機制。Java語言全面支持動態(tài)綁定。此外，Java語言編程的最小單位是類。因此，Java語言是一門純粹的面向?qū)ο缶幊陶Z言。3.解釋型編程語言Java語言是解釋型編程語言，Java程序在Java平臺上被編譯為字節(jié)碼格式，然后可以在安裝該Java平臺的任何系統(tǒng)中運行。在運行時，Java平臺中的Java解釋器對這些字節(jié)碼進行解釋執(zhí)行。4.健壯性Java語言是一種強類型的語言，具有嚴格的數(shù)據(jù)類型檢查機制。同時Java語言支持異常處理、垃圾自動收集等功能，丟棄了C++語言的指針，使得Java語言程序更具健壯性。5.安全性Java語言具有嚴格的安全檢查機制，能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中防止惡意代碼的攻擊。此外，Java語言對通過網(wǎng)絡(luò)下載的類具有一個安全防范機制。同時，Java語言提供安全管理機制，為Java應(yīng)用設(shè)置安全哨兵。因此，Java語言具有更高的安全性。6.跨平臺性Java源程序在Java平臺上被編譯為體系結(jié)構(gòu)中立的字節(jié)碼格式的文件，然后可以在安裝這個Java平臺的任何系統(tǒng)中運行。同時，Java語言對數(shù)據(jù)類型的大小做了統(tǒng)一規(guī)定，數(shù)據(jù)存儲長度不會因為硬件環(huán)境或者編譯器的改變而改變，提高了代碼的可移植性。7.支持多線程Java語言支持多線程，可以控制多個任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行，在很大程度上提高了程序的執(zhí)行效率。1.2JDK的安裝與使用1.2.1JDK簡介JDK是JavaDevelopKit(即Java開發(fā)工具包)的縮寫。它是Oracle公司為開發(fā)者提供的一套Java開發(fā)環(huán)境，其中包括Java編譯器、Java運行工具、Java文檔生成工具和Java打包工具等。JDK是Java編程的核心，所有版本的Java軟件編寫程序都需要JDK的支持。此外，Java程序的運行還需要Java運行環(huán)境的支持。Java程序在Java平臺上被編譯為字節(jié)碼格式后，正是通過JRE將這些字節(jié)碼解釋給用戶計算機的CPU去執(zhí)行。JRE只包含了Java語言的運行工具，不包含Java編譯工具。為了方便使用，JDK安裝包中自帶了一個JRE，開發(fā)人員只需要在計算機上安裝JDK即可默認安裝好JRE。截至2022年10月，JDK有三個長期支持(Long-TermSupport，LTS)版本，如表1-2-2所示。長期支持的JDK版本都比較穩(wěn)定，官方也會不斷更新補丁包，是市場應(yīng)用最廣泛的JDK版本，也是非常適合初學(xué)者使用的JDK版本。1.2.2JDK的下載與安裝JDK可以從Oracle官網(wǎng)直接下載，首先需要在Oracle官網(wǎng)注冊一個賬號。JDK版本不同，下載和安裝的步驟也有所不同。下面以64位的Windows版本為例分別介紹JDK8和JDK17的下載及安裝方法。1.JDK8的下載與安裝下面介紹JDK8的下載與安裝方法，以及系統(tǒng)環(huán)境變量的設(shè)置方法。1)JDK8的下載(1)在下載頁面選擇Java8選項卡→Windows版本，進入如圖1-2-1所示的頁面。(2)單擊“jdk-8u341-windows-x64.exe”按鈕，獲取下載鏈接，如圖1-2-2所示。(3)勾選圖1-2-2左側(cè)的方框，單擊“Downloadjdk-8u341-windows-x64.exe”按鈕開始下載。下載完成后獲得安裝文件，如圖1-2-3所示。2)JDK8的安裝JDK8安裝的具體流程如下：(1)雙擊“jdk-8u341-windows-x64.exe”圖標后，會彈出如圖1-2-4所示的對話框，單擊“下一步”按鈕繼續(xù)。(2)軟件默認會安裝三個模塊，即開發(fā)工具(JDK)、源代碼和公共JRE，如圖1-2-5所示。默認的安裝路徑為C:\ProgramFiles\Java\jdk1.8.0_341\，用戶可以使用默認路徑安裝，也可以單擊“更改”按鈕選擇軟件的安裝路徑。通常安裝路徑不建議使用漢字及特殊字符。單擊“確定”按鈕開始安裝。安裝完成后，會彈出“已成功安裝”的提示框，單擊“關(guān)閉”按鈕即可，如圖1-2-8所示。3)系統(tǒng)環(huán)境變量設(shè)置JDK8安裝完成之后，還不能被立即使用。這是由于計算機操作系統(tǒng)在這時調(diào)用javac.exe等工具時還不知道它的文件路徑，需要用戶在系統(tǒng)環(huán)境變量中手動添加JDK的安裝路徑。下面以Win10操作系統(tǒng)為例，演示如何在系統(tǒng)環(huán)境變量中添加JDK的安裝路徑。(1)鼠標右鍵單擊“此電腦”圖標，在出現(xiàn)的懸浮菜單中選擇“屬性”選項，會彈出“設(shè)置”窗口。單擊左側(cè)的“關(guān)于”選項，在右側(cè)面板的最底端找到“高級系統(tǒng)設(shè)置”選項。(2)單擊“高級系統(tǒng)設(shè)置”選項，彈出“系統(tǒng)屬性”對話框。(3)單擊“環(huán)境變量”按鈕，彈出“環(huán)境變量”對話框。(4)在系統(tǒng)變量(S)一欄中找到Path變量，如圖1-2-12所示。雙擊變量“Path”選項，彈出“編輯環(huán)境變量”對話框，如圖1-2-13所示。(5)單擊右側(cè)的“新建”按鈕創(chuàng)建一個新的環(huán)境變量，然后輸入JDK中的bin路徑，如圖1-2-14所示，單擊“確定”按鈕。(6)依次在“環(huán)境變量”窗口和“系統(tǒng)屬性”窗口中單擊“確定”按鈕。至此，系統(tǒng)環(huán)境變量就設(shè)置好了。4)檢驗JDK環(huán)境變量JDK環(huán)境變量是否設(shè)置成功可以通過下面的方法進行檢驗。(1)同時按下鍵盤中的“win”和“R”鍵，在“運行”對話框中輸入命令“cmd”。(2)單擊“確定”按鈕進入cmd窗口。輸入命令“javac”，回車后觀察是否打印輸出了一長段信息，如圖1-2-16所示。若有則表明JDK環(huán)境變量已經(jīng)設(shè)置成功。在cmd窗口中還可以查看安裝的JDK版本，輸入命令“java-version”后回車，就會打印輸出JDK的版本信息，如圖1-2-17所示。2.JDK17的下載與安裝下面以JDK17(64位Windows版本)為例介紹JDK17的下載和安裝。1)JDK17的下載在下載頁面選擇Java17選項卡→Windows版本，進入如圖1-2-18所示的頁面。單擊“x64Installer”右側(cè)的鏈接即可下載。下載完成后獲得安裝文件，如圖1-2-19所示。2)JDK17的安裝JDK17安裝的具體流程如下：(1)雙擊“jdk-17_windows-x64_bin.exe”圖標在彈出的對話框內(nèi)單擊“下一步”按鈕繼續(xù)。(2)軟件默認的安裝路徑為C:\ProgramFiles\Java\jdk-17.0.4.1\，用戶可以使用默認路徑安裝，也可以單擊“更改”按鈕選擇軟件的安裝路徑。通常安裝路徑不建議使用漢字及特殊字符。單擊“下一步”按鈕開始安裝。當安裝完成后，會彈出“已成功安裝”的提示框，單擊“關(guān)閉”按鈕即可。(3)JDK17在安裝的過程中會自動設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量，不需要再手動設(shè)置，因此安裝完JDK17后就可以直接使用了?？梢栽赾md中測試JDK17是否安裝成功，以及查看JDK的版本信息，如圖1-2-24和圖1-2-25所示。1.2.3JDK安裝目錄及工具庫介紹1.JDK安裝目錄JDK的安裝目錄中有以下6個子目錄及文件，這些目錄和文件的作用具體如下：(1)bin目錄。bin為二進制(binary)的縮寫，bin目錄中存放的是一些可執(zhí)行程序，這些工具庫是JDK的基本組件。(2)db目錄。db是數(shù)據(jù)庫(database)的縮寫，db目錄是一個小型的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫不僅輕便，而且支持JDBC4.0的所有規(guī)范。在學(xué)習(xí)JDBC時，不再需要額外安裝一個數(shù)據(jù)庫軟件，選擇直接使用Java語言自身的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)JavaDB即可。(3)jre目錄。jre是Java運行環(huán)境(JavaRuntimeEnvironment)的縮寫。該目錄是JRE的根目錄，包含了Java虛擬機、運行時的類包、Java應(yīng)用啟動器以及一個bin目錄，但不包含開發(fā)環(huán)境中的開發(fā)工具。(4)include目錄。Java語言是由C和C++語言編寫而成的，因此Java程序在啟動時需要引入一些C和C++語言的頭文件，這些頭文件存放在include目錄中。(5)lib目錄。lib是Java庫文件(library)的縮寫。Java庫文件也稱作類庫，它是開發(fā)工具使用的歸檔包文件。(6)src.zip文件。src是源文件(source)的縮寫。src文件中放置的是JDK核心類的源代碼，通過該文件可以查看Java基礎(chǔ)類的源代碼。2.JDK開發(fā)工具在諸多開發(fā)工具中，最基礎(chǔ)的就是javac.exe和java.exe。(1)javac.exe是Java程序的編譯器。Java代碼都寫在后綴名為“.java”的文件中。Java編譯器將寫好的Java文件編譯成字節(jié)碼文件，該文件后綴名為“.class”，也稱作class文件。(2)java.exe是Java程序的運行工具。它會啟動一個Java虛擬機(JavaVirtualMachine，JVM)。JVM相當于一個虛擬的操作系統(tǒng)，它專門負責運行Java字節(jié)碼文件(class文件)。1.3Java語言的運行機制1.3.1編寫和運行第一個Java程序為了理解Java語言的運行機制，首先來編寫并運行第一個Java程序，具體步驟如下：(1)在D盤新建一個txt文本文件，在文本中輸入以下內(nèi)容：(2)保存后關(guān)閉文本文件，并將其命名為FirstDemo.java。注意后綴名“.txt”要改成“.java”。(3)同時按下鍵盤中的“win”和“R”鍵，輸入“cmd”，打開cmd窗口。在cmd窗口命令行中輸入命令“D：”進入D盤，然后輸入命令“javacFirstDemo.java”并按下回車鍵，如圖1-3-2所示。其中javac是javacompile的縮寫，即對java文件進行編譯，生成字節(jié)碼文件。(4)在D盤中生成了一個class文件“FirstDemo.class”。在cmd窗口命令行中輸入命令“javaFirstDemo”，單擊回車鍵，觀察輸出結(jié)果，如圖1-3-4所示。這里java命令的作用是運行一個class文件。(5)可以觀察到cmd窗口中打印輸出了字符串“HelloWorld！”。至此，已經(jīng)完成了一個Java程序的編寫、編譯和運行。具體代碼如下：1.3.2JVMJava程序的編譯和運行是獨立的兩個步驟。Java語言一個重要的特點就是跨平臺性。Java程序可以在一臺計算機上編寫、編譯和生成class文件，然后在另一臺計算機上可以直接運行class文件，不論兩臺計算機的硬件和軟件環(huán)境是否一致。這得益于JVM的功能。JVM是一種用于計算設(shè)備的規(guī)范，它是一個虛擬出來的機器，是通過在實際的計算機上仿真模擬各種功能實現(xiàn)的。JVM屏蔽了與具體操作系統(tǒng)平臺相關(guān)的信息，使Java程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼(字節(jié)碼)，就可以在多種平臺上不加修改地運行。JVM在執(zhí)行字節(jié)碼時，實際上最終還是把字節(jié)碼解釋成具體平臺上的機器指令執(zhí)行。這就是Java程序能夠“一次編譯，到處運行”的原因。需要注意的是，Java程序可以通過Java虛擬機實現(xiàn)跨平臺，但Java虛擬機本身并不是跨平臺的，也就是說，不同操作系統(tǒng)上的Java虛擬機是不同的，如果需要自己的計算機能夠運行Java代碼，就需要安裝適合自己版本的Java虛擬機，如圖1-3-5所示。1.4Eclipse軟件開發(fā)工具1.4.1Eclipse軟件簡介是集成開發(fā)環(huán)境(IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE)是提供程序開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用程序，一般包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器和圖形用戶界面等工具。常見的集成開發(fā)環(huán)境有微軟的VisualStudio系列、Borland的C++Builder和Delphi系列等。在Java編程中，應(yīng)用最廣泛的IDE有Eclipse、MyEclipse和IntellijIDEA。Eclipse軟件是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境，它附帶了一個包含了JDK的標準插件集，其設(shè)計之初就是為了用來進行Java程序開發(fā)的。Eclipse的設(shè)計思想是“一切皆插件”。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務(wù)，用于通過插件組件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，因此Eclipse軟件也支持C++、Python等其他編程語言的程序開發(fā)。Eclipse軟件不但具備一般IDE所具備的項目管理、代碼運行和調(diào)試等功能，而且具有強大的代碼編排功能，可以幫助程序員完成語法修正、代碼修正、補全文字和信息提示等編碼工作，極大地提高了程序開發(fā)的效率。1.4.2Eclipse軟件的下載和安裝1.Eclipse軟件的下載Eclipse軟件可以從Eclipse官網(wǎng)免費下載。截至2022年9月，Eclipse最新的軟件版本為EclipseIDE2022-09，該版本要求JDK的版本至少為JDK11。進入官網(wǎng)后，可以看到兩個Download選項(如圖1-4-1所示)：一個是“Downloadx86_64”選項，單擊它會直接選擇最新版本的Eclipse進行下載；另一個是“DownloadPackages”選項，單擊它可以選擇舊版本的Elcipse軟件。這里演示EclipseIDE2022-09(Win10版本)安裝文件的下載。(1)單擊“Downloadx86_64”按鈕，進入如圖1-4-2所示的界面。(2)單擊“Download”按鈕，下載得到Eclipse軟件的安裝文件，如圖1-4-3所示。2.Eclipse軟件的安裝Eclipse軟件的安裝步驟如下：(1)雙擊Eclipse軟件的安裝文件圖標，進入Eclipse軟件在線安裝程序，如圖1-4-4所示。(2)選擇選項“EclipseIDEforJavaDevelopers”，跳轉(zhuǎn)到圖1-4-5所示的窗口。其中，“Java17+VM”選項用來選擇Eclipse安裝的JDK版本；“InstallationFolder”選項用來設(shè)置Eclipse軟件的安裝路徑。(3)單擊“INSTALL”按鈕開始安裝。安裝成功后即可開始使用Eclipse軟件了。1.4.3Eclipse軟件的使用首次啟動Eclipse軟件，會彈出提示框，讓用戶選擇Java項目的存儲路徑，如圖1-4-7所示。下面演示在Eclipse軟件中創(chuàng)建項目、編寫代碼和運行代碼的完整流程。1.歡迎界面單擊“Launch”按鈕，軟件進入歡迎界面，如圖1-4-8所示。2.創(chuàng)建項目(1)關(guān)閉Welcome界面。單擊菜單欄中的File→New→JavaProject菜單項，如圖1-4-9所示。(2)彈出“NewJavaProject”窗口。在“Projectname”中輸入項目名“myproj”。默認勾選“Usedefaultlocation”不變。默認JRE選項不變。默認Projectlayout選項不變，單擊“Next”按鈕繼續(xù)。(3)在彈出的JavaSettings窗口中保持“Defaultoutputfolder”默認值不變，單擊“Finish”按鈕。(4)此時一個Java空白項目已經(jīng)建成，如圖1-4-12所示。3.創(chuàng)建空包(1)單擊左側(cè)PackageExplorer中的myproj→src菜單項，然后在Eclipse軟件界面上面一行圖標中找到中間有“十”字的方包圖標(由“NewJavaPackage”標注的箭頭所指示)，如圖1-4-13所示。該圖標是創(chuàng)建Java包的快捷鍵。(2)單擊該方包圖標，彈出NewJavaPackage窗口。在“Name”一欄中輸入“chapter1.section1.demo1”，如圖1-4-14所示。(3)單擊Finish按鈕，此時一個Java空包創(chuàng)建好了，名為“chapter1.section1.demo1”，如圖1-4-15所示。4.編寫代碼(1)單擊剛創(chuàng)建好的空包，然后在Eclipse軟件圖標欄找到帶C的圓形圖標，如圖1-4-16所示。該圖標是創(chuàng)建Java類的快捷鍵。(2)單擊該圖標，彈出NewJavaClass窗口。在“Name”一欄輸入類名“FirstDemo”，勾選“publicstaticvoidmain(String[]args)”前的方框，讓軟件自動生成main函數(shù)，保持其他設(shè)置不變，單擊“Finish”按鈕。(3)此時FirstDemo.java文件就已經(jīng)創(chuàng)建好了，打開該文件，如圖1-4-18所示。(4)在main函數(shù)內(nèi)輸入代碼“Sys