(2024年)《Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》教案

《Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》教案12024/3/26目錄contents課程介紹與目標(biāo)Java基礎(chǔ)語(yǔ)法面向?qū)ο蠛诵母拍畛Ｓ肑ava類(lèi)庫(kù)及API使用異常處理機(jī)制及文件操作多線(xiàn)程編程技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)連接與操作實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)：簡(jiǎn)易學(xué)生管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)22024/3/2601課程介紹與目標(biāo)32024/3/2603Java語(yǔ)言的核心技術(shù)簡(jiǎn)要介紹Java語(yǔ)言的核心技術(shù)，如JVM、Java類(lèi)庫(kù)、JavaAPI等。01Java語(yǔ)言的歷史與發(fā)展介紹Java語(yǔ)言的起源、發(fā)展歷程以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。02Java語(yǔ)言的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)闡述Java語(yǔ)言跨平臺(tái)、面向?qū)ο?、安全性等特點(diǎn)，以及其在軟件開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)。Java語(yǔ)言概述42024/3/26123解釋對(duì)象、類(lèi)、封裝、繼承、多態(tài)等面向?qū)ο蟮幕靖拍?。面向?qū)ο蟮幕靖拍罱榻B面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)方法，如UML建模、設(shè)計(jì)模式等。面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)通過(guò)實(shí)例演示如何使用Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮木幊?。面向?qū)ο蟮木幊虒?shí)踐面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想52024/3/26掌握J(rèn)ava語(yǔ)言的基本語(yǔ)法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想、常用類(lèi)庫(kù)和API的使用方法。知識(shí)目標(biāo)能夠運(yùn)用Java語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，具備一定的軟件分析和設(shè)計(jì)能力。能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力。素質(zhì)目標(biāo)課程目標(biāo)與要求62024/3/26《Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》（第二版），XXX主編，XXX出版社?！禞ava編程思想》、《EffectiveJava》、《深入理解Java虛擬機(jī)》等經(jīng)典書(shū)籍，以及Oracle官方文檔、在線(xiàn)教程等資源。教材及參考資料參考資料教材72024/3/2602Java基礎(chǔ)語(yǔ)法82024/3/26標(biāo)識(shí)符用于命名變量、方法、類(lèi)、接口等程序元素的名稱(chēng)，需遵循命名規(guī)則。關(guān)鍵字Java語(yǔ)言中預(yù)定義的、有特殊含義的單詞，不能作為標(biāo)識(shí)符使用。數(shù)據(jù)類(lèi)型Java中的數(shù)據(jù)類(lèi)型分為基本數(shù)據(jù)類(lèi)型和引用數(shù)據(jù)類(lèi)型，基本數(shù)據(jù)類(lèi)型包括整型、浮點(diǎn)型、字符型和布爾型。標(biāo)識(shí)符、關(guān)鍵字與數(shù)據(jù)類(lèi)型92024/3/26運(yùn)算符用于進(jìn)行各種運(yùn)算的符號(hào)，如算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符等。表達(dá)式由運(yùn)算符和操作數(shù)組成的算式，用于計(jì)算并返回結(jié)果。運(yùn)算符與表達(dá)式102024/3/26分支結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷結(jié)果，選擇不同的代碼塊執(zhí)行，包括if語(yǔ)句和switch語(yǔ)句。循環(huán)結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷結(jié)果，重復(fù)執(zhí)行某段代碼，包括while循環(huán)、do-while循環(huán)和for循環(huán)。順序結(jié)構(gòu)程序按照代碼順序逐行執(zhí)行。控制結(jié)構(gòu)112024/3/26一種存儲(chǔ)相同類(lèi)型數(shù)據(jù)的容器，可以通過(guò)下標(biāo)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)組元素。數(shù)組Java中的字符串是一種特殊的類(lèi)類(lèi)型，可以使用String類(lèi)提供的方法進(jìn)行處理，如連接字符串、截取子串、替換字符等。字符串處理數(shù)組與字符串處理122024/3/2603面向?qū)ο蠛诵母拍?32024/3/26ABCD類(lèi)與對(duì)象類(lèi)的定義類(lèi)是對(duì)象的抽象，它描述了具有相同屬性和行為的對(duì)象集合。成員變量和成員方法類(lèi)中可以定義成員變量和成員方法，用于描述對(duì)象的屬性和行為。對(duì)象的創(chuàng)建使用`new`關(guān)鍵字和類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象。訪(fǎng)問(wèn)修飾符使用`public`、`private`、`protected`和默認(rèn)修飾符來(lái)控制成員變量和成員方法的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。142024/3/2601將對(duì)象的屬性和行為封裝在類(lèi)中，隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只對(duì)外提供必要的接口。封裝02子類(lèi)可以繼承父類(lèi)的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和擴(kuò)展。繼承03子類(lèi)可以重寫(xiě)父類(lèi)的方法，或者在子類(lèi)中實(shí)現(xiàn)父類(lèi)接口的方法，實(shí)現(xiàn)同一方法在不同對(duì)象上的不同表現(xiàn)。多態(tài)封裝、繼承和多態(tài)152024/3/26抽象類(lèi)的定義抽象類(lèi)是一種特殊的類(lèi)，它不能被實(shí)例化，只能被繼承。抽象類(lèi)中可以包含抽象方法和非抽象方法。接口與抽象類(lèi)的區(qū)別接口只能包含方法的聲明，而抽象類(lèi)可以包含方法的聲明和實(shí)現(xiàn)；接口可以被多繼承，而抽象類(lèi)只能被單繼承。接口的定義接口是一種特殊的類(lèi)，它只包含方法的聲明，不包含方法的實(shí)現(xiàn)。接口與抽象類(lèi)162024/3/26內(nèi)部類(lèi)的定義內(nèi)部類(lèi)是定義在另一個(gè)類(lèi)中的類(lèi)，它可以訪(fǎng)問(wèn)外部類(lèi)的所有成員變量和方法。匿名內(nèi)部類(lèi)的定義匿名內(nèi)部類(lèi)是一種沒(méi)有名稱(chēng)的內(nèi)部類(lèi)，它通常用于簡(jiǎn)化代碼和減少類(lèi)的數(shù)量。內(nèi)部類(lèi)與匿名內(nèi)部類(lèi)的區(qū)別內(nèi)部類(lèi)有名稱(chēng)，可以被多次使用；而匿名內(nèi)部類(lèi)沒(méi)有名稱(chēng)，只能被一次性使用。內(nèi)部類(lèi)與匿名內(nèi)部類(lèi)030201172024/3/2604常用Java類(lèi)庫(kù)及API使用182024/3/26字符串處理類(lèi)String和StringBuffer用于處理字符串?dāng)?shù)據(jù)，包括字符串的創(chuàng)建、連接、比較、查找、替換等操作。StringBuffer類(lèi)用于動(dòng)態(tài)修改字符串內(nèi)容，提供了追加、插入、刪除等操作，且線(xiàn)程安全。兩者比較String類(lèi)是不可變的，每次修改都會(huì)生成新的字符串對(duì)象；而StringBuffer類(lèi)是可變的，可以直接修改字符串內(nèi)容，適用于頻繁修改字符串的場(chǎng)景。String類(lèi)192024/3/26用于表示特定的瞬時(shí)、年、月、日、時(shí)、分、秒，可以精確到毫秒。Date類(lèi)提供了操作日歷字段（如年、月、日、時(shí)、分、秒）的方法，可以獲取和設(shè)置日期時(shí)間。Calendar類(lèi)Date類(lèi)主要用于表示日期時(shí)間，而Calendar類(lèi)則提供了更豐富的日期時(shí)間操作方法，如計(jì)算兩個(gè)日期之間的差值、設(shè)置時(shí)區(qū)等。兩者比較日期時(shí)間處理類(lèi)Date和Calendar202024/3/26Java集合框架主要包括接口（如Collection、List、Set、Queue、Deque等）和實(shí)現(xiàn)類(lèi)（如ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet等）。集合框架提供了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制，可以方便地存儲(chǔ)和操作一組對(duì)象。不同集合類(lèi)型的特點(diǎn)和使用場(chǎng)景：如List有序可重復(fù)，適用于需要保持元素插入順序的場(chǎng)景；Set無(wú)序不可重復(fù)，適用于需要去除重復(fù)元素的場(chǎng)景；Queue用于模擬隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，適用于先進(jìn)先出（FIFO）的場(chǎng)景；Deque用于模擬雙端隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，適用于兩端都可以插入和刪除元素的場(chǎng)景。集合框架類(lèi)庫(kù)212024/3/26輸入輸出流處理IO類(lèi)庫(kù)JavaIO類(lèi)庫(kù)提供了處理輸入輸出的機(jī)制，包括字節(jié)流（如InputStream和OutputStream）和字符流（如Reader和Writer）。IO類(lèi)庫(kù)支持多種數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地，如文件、網(wǎng)絡(luò)連接等。常見(jiàn)IO操作：如文件讀寫(xiě)（包括文本文件和二進(jìn)制文件）、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮等。222024/3/2605異常處理機(jī)制及文件操作232024/3/26異常的概念異常是指在程序運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的非正常情況或事件，它會(huì)中斷程序的正常流程并可能導(dǎo)致程序崩潰。Java語(yǔ)言提供了一套完整的異常處理機(jī)制，包括異常的拋出、捕獲、處理和聲明等。Java中的所有異常類(lèi)都是`Throwable`類(lèi)的子類(lèi)，其中`Error`類(lèi)表示嚴(yán)重錯(cuò)誤，通常不需要捕獲；`Exception`類(lèi)表示需要捕獲的異常，它又分為運(yùn)行時(shí)異常（`RuntimeException`）和編譯時(shí)異常（非`RuntimeException`）。Java中的異常處理機(jī)制異常類(lèi)的繼承關(guān)系異常處理機(jī)制概述242024/3/26try語(yǔ)句塊01用于包含可能拋出異常的代碼段，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的catch語(yǔ)句塊進(jìn)行處理。catch語(yǔ)句塊02用于捕獲并處理try語(yǔ)句塊中拋出的異常，可以指定多個(gè)catch語(yǔ)句塊來(lái)捕獲不同類(lèi)型的異常。finally語(yǔ)句塊03無(wú)論是否發(fā)生異常，finally語(yǔ)句塊中的代碼都會(huì)被執(zhí)行，通常用于釋放資源或執(zhí)行清理操作。try-catch-finally語(yǔ)句塊使用252024/3/26使用示例try{```javatry-catch-finally語(yǔ)句塊使用262024/3/26try-catch-finally語(yǔ)句塊使用01//可能拋出異常的代碼段02}catch(ExceptionType1e){//處理ExceptionType1類(lèi)型的異常03272024/3/26}catch(ExceptionType2e){//處理ExceptionType2類(lèi)型的異常try-catch-finally語(yǔ)句塊使用282024/3/26}finally{//釋放資源或執(zhí)行清理操作try-catch-finally語(yǔ)句塊使用292024/3/26try-catch-finally語(yǔ)句塊使用}```302024/3/26自定義異常類(lèi)在需要拋出異常的代碼段中使用`throw`關(guān)鍵字拋出自定義的異常對(duì)象，并在相應(yīng)的catch語(yǔ)句塊中捕獲并處理該異常。自定義異常類(lèi)的使用當(dāng)Java提供的標(biāo)準(zhǔn)異常類(lèi)無(wú)法滿(mǎn)足特定需求時(shí)，可以通過(guò)自定義異常類(lèi)來(lái)處理特定類(lèi)型的異常。自定義異常類(lèi)的必要性自定義一個(gè)繼承自`Exception`類(lèi)或其子類(lèi)的類(lèi)，并在其中定義構(gòu)造方法和重寫(xiě)`toString()`方法等來(lái)描述異常信息。自定義異常類(lèi)的創(chuàng)建方法312024/3/26文件讀寫(xiě)操作示例322024/3/26文件讀寫(xiě)操作示例010203importjava.io.File;importjava.io.FileNotFoundException;```java332024/3/26010203importjava.util.Scanner;publicclassFileReadExample{publicstaticvoidmain(String[]args){文件讀寫(xiě)操作示例342024/3/26Filefile=newFile("example.txt");文件讀寫(xiě)操作示例352024/3/26文件讀寫(xiě)操作示例01try{02Scannerscanner=newScanner(file);03while(scanner.hasNextLine()){362024/3/26VSStringline=scanner.nextLine();System.out.println(line);文件讀寫(xiě)操作示例372024/3/26文件讀寫(xiě)操作示例}02scanner.close();03}catch(FileNotFoundExceptione){01382024/3/26文件讀寫(xiě)操作示例System.out.println("Filenotfound:"+e.getMessage());392024/3/26}}}文件讀寫(xiě)操作示例402024/3/26```文件寫(xiě)操作示例：使用`java.io.FileWriter`類(lèi)和`java.io.BufferedWriter`類(lèi)向文本文件中寫(xiě)入內(nèi)容，示例代碼如下文件讀寫(xiě)操作示例412024/3/26```javaimportjava.io.BufferedWriter;importjava.io.FileWriter;010203文件讀寫(xiě)操作示例422024/3/26importjava.io.IOException;publicclassFileWriteExample{publicstaticvoidmain(String[]args){010203文件讀寫(xiě)操作示例432024/3/26StringfileName="example.txt";Stringcontent="Hello,world!";文件讀寫(xiě)操作示例442024/3/26文件讀寫(xiě)操作示例030201try{FileWriterfileWriter=newFileWriter(fileName);BufferedWriterbufferedWriter=newBufferedWriter(fileWriter);452024/3/26bufferedWriter.write(content);bufferedWriter.newLine();//換行bufferedWriter.close();文件讀寫(xiě)操作示例462024/3/26}catch(IOExceptione){System.out.println("Errorwritingtofile:"+e.getMessage());文件讀寫(xiě)操作示例472024/3/2602030401文件讀寫(xiě)操作示例}}}```482024/3/2606多線(xiàn)程編程技術(shù)492024/3/26線(xiàn)程概念及創(chuàng)建方式線(xiàn)程是程序執(zhí)行流的最小單元，一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)線(xiàn)程，它們共享進(jìn)程的資源，如內(nèi)存空間、文件句柄等。線(xiàn)程概念Java中創(chuàng)建線(xiàn)程主要有兩種方式，一種是繼承Thread類(lèi)并重寫(xiě)run()方法，另一種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口并實(shí)現(xiàn)run()方法。創(chuàng)建線(xiàn)程的方式502024/3/26當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)共享資源時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性，需要對(duì)這些資源進(jìn)行同步。Java中提供了synchronized關(guān)鍵字和Lock接口來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程同步。線(xiàn)程之間可以通過(guò)共享內(nèi)存或消息傳遞來(lái)進(jìn)行通信。Java中提供了Object類(lèi)的wait()、notify()和notifyAll()方法以及Condition接口來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程間的通信。線(xiàn)程同步線(xiàn)程通信線(xiàn)程同步與通信方法512024/3/26死鎖概念死鎖是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的線(xiàn)程在執(zhí)行過(guò)程中，因爭(zhēng)奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無(wú)外力作用，它們都將無(wú)法向前推進(jìn)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二死鎖解決方法預(yù)防死鎖、避免死鎖、檢測(cè)死鎖和解除死鎖。在Java中，可以通過(guò)合理的資源分配、使用鎖順序、設(shè)置超時(shí)時(shí)間等方式來(lái)避免死鎖的發(fā)生。死鎖問(wèn)題及解決方法522024/3/26線(xiàn)程池概念線(xiàn)程池是一種多線(xiàn)程處理形式，處理過(guò)程中將任務(wù)添加到隊(duì)列，然后在創(chuàng)建線(xiàn)程后自動(dòng)啟動(dòng)這些任務(wù)。線(xiàn)程池線(xiàn)程都是后臺(tái)線(xiàn)程。每個(gè)線(xiàn)程都使用默認(rèn)的堆棧大小，以默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行，并處于多線(xiàn)程單元中。線(xiàn)程池優(yōu)點(diǎn)降低資源消耗、提高響應(yīng)速度、提高線(xiàn)程的可管理性。Java中提供了ExecutorService和ThreadPoolExecutor等類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程池技術(shù)。線(xiàn)程池技術(shù)簡(jiǎn)介532024/3/2607數(shù)據(jù)庫(kù)連接與操作實(shí)踐542024/3/26JDBC連接數(shù)據(jù)庫(kù)原理及步驟加載數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)通過(guò)Class.forName()方法加載數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)。原理JDBC（JavaDatabaseConnectivity）是Java提供的一套用于連接和操作數(shù)據(jù)庫(kù)的API。通過(guò)JDBC，Java程序可以與各種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查等操作。建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接使用DriverManager.getConnection()方法建立與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。552024/3/26JDBC連接數(shù)據(jù)庫(kù)原理及步驟創(chuàng)建Statement對(duì)象通過(guò)Connection對(duì)象創(chuàng)建Statement對(duì)象，用于執(zhí)行SQL語(yǔ)句。執(zhí)行SQL語(yǔ)句使用Statement對(duì)象執(zhí)行SQL語(yǔ)句，如查詢(xún)、插入、更新等。處理結(jié)果集（如果有）如果是查詢(xún)操作，需要處理返回的結(jié)果集。關(guān)閉連接和資源最后需要關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接和相關(guān)資源。562024/3/26ABCD查詢(xún)?nèi)繑?shù)據(jù)使用SELECT語(yǔ)句查詢(xún)表中的所有數(shù)據(jù)。排序查詢(xún)使用ORDERBY子句對(duì)查詢(xún)結(jié)果進(jìn)行排序，如按照某一列的值進(jìn)行升序或降序排列。分組查詢(xún)使用GROUPBY子句對(duì)查詢(xún)結(jié)果進(jìn)行分組，通常與聚合函數(shù)一起使用，如計(jì)算每組的平均值、最大值、最小值等。條件查詢(xún)使用WHERE子句添加查詢(xún)條件，如查詢(xún)特定條件下的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)操作示例572024/3/26使用INSERTINTO語(yǔ)句向表中插入新數(shù)據(jù)。插入數(shù)據(jù)使用UPDATE語(yǔ)句更新表中的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)WHERE子句指定更新條件。更新數(shù)據(jù)使用DELETEFROM語(yǔ)句刪除表中的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)WHERE子句指定刪除條件。刪除數(shù)據(jù)010203數(shù)據(jù)庫(kù)更新操作示例582024/3/26數(shù)據(jù)庫(kù)連接池是一種用于管理和復(fù)用數(shù)據(jù)庫(kù)連接的技術(shù)，它可以減少連接創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的開(kāi)銷(xiāo)，提高數(shù)據(jù)庫(kù)操作的性能。連接池在初始化時(shí)創(chuàng)建一組數(shù)據(jù)庫(kù)連接，并將這些連接保存在內(nèi)存中。當(dāng)應(yīng)用程序需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)連接時(shí)，它從連接池中獲取一個(gè)可用的連接；當(dāng)應(yīng)用程序使用完連接后，它將連接釋放回連接池，而不是關(guān)閉連接。這樣可以避免頻繁地創(chuàng)建和銷(xiāo)毀連接，提高數(shù)據(jù)庫(kù)操作的效率。常見(jiàn)的Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接池實(shí)現(xiàn)有C3P0、HikariCP、ApacheDBCP等。這些連接池提供了豐富的配置選項(xiàng)和性能優(yōu)化手段，可以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。連接池概念連接池原理常見(jiàn)連接池實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)連接池技術(shù)簡(jiǎn)介592024/3/2608項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)：簡(jiǎn)易學(xué)生管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)602024/3/26學(xué)生、教師、管理員。確定系統(tǒng)用戶(hù)角色學(xué)生信息管理、課程管理、成績(jī)管理、用戶(hù)管理等。明確系統(tǒng)功能需求系統(tǒng)需求分析及設(shè)計(jì)思路612024/3/26系統(tǒng)需求分析及設(shè)計(jì)思路分析系統(tǒng)非功