清華大學(xué)Java課件l

Java課程概述本課程涵蓋Java編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)，包括語(yǔ)法、數(shù)據(jù)類型、控制流程、面向?qū)ο缶幊痰?。學(xué)生將學(xué)習(xí)如何使用Java編寫程序，并通過(guò)各種練習(xí)和項(xiàng)目，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力和編程技巧。Java語(yǔ)言特點(diǎn)跨平臺(tái)性Java代碼可編譯成字節(jié)碼，可在任何安裝了Java虛擬機(jī)（JVM）的平臺(tái)上運(yùn)行。面向?qū)ο驤ava是一種純粹的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，支持封裝、繼承和多態(tài)等特性。安全Java具有安全機(jī)制，例如字節(jié)碼驗(yàn)證、沙箱機(jī)制等，有效防止惡意代碼的執(zhí)行。健壯性Java提供垃圾回收機(jī)制，自動(dòng)管理內(nèi)存，減少內(nèi)存泄漏的可能性，提高代碼的穩(wěn)定性。Java的發(fā)展歷程起源Java最初由SunMicrosystems的JamesGosling領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)于1991年開(kāi)發(fā)。早期版本1995年，Java1.0發(fā)布，主要用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)?？焖侔l(fā)展Java1.1加入了反射和內(nèi)部類等新功能，并開(kāi)始流行起來(lái)?？缙脚_(tái)Java的“一次編寫，到處運(yùn)行”的特性使其成為跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)的理想選擇。開(kāi)源2007年，SunMicrosystems將Java開(kāi)源，促進(jìn)了其發(fā)展和普及。最新版本目前最新版本是Java19，持續(xù)更新以滿足不斷變化的技術(shù)需求?；菊Z(yǔ)法與語(yǔ)義1關(guān)鍵字Java語(yǔ)言包含一組保留字，用于定義語(yǔ)言結(jié)構(gòu)。2標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符用于命名變量、類、方法等元素，遵循特定規(guī)則。3數(shù)據(jù)類型Java語(yǔ)言提供基本數(shù)據(jù)類型，用于表示不同類型的數(shù)據(jù)。4運(yùn)算符運(yùn)算符用于執(zhí)行各種操作，例如算術(shù)、比較、邏輯運(yùn)算。數(shù)據(jù)類型和變量基本數(shù)據(jù)類型Java語(yǔ)言提供了八種基本數(shù)據(jù)類型，例如：整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符和布爾值。這些類型表示不同類型的數(shù)值和字符。變量聲明使用關(guān)鍵字“var”來(lái)聲明變量，并為其指定一個(gè)類型和名稱。變量存儲(chǔ)程序運(yùn)行期間的值。數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換可以將不同數(shù)據(jù)類型之間的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但需要謹(jǐn)慎處理以避免數(shù)據(jù)丟失或精度問(wèn)題。運(yùn)算符與表達(dá)式算術(shù)運(yùn)算符Java支持常見(jiàn)的算術(shù)運(yùn)算符，例如加號(hào)、減號(hào)、乘號(hào)和除號(hào)。比較運(yùn)算符比較運(yùn)算符用于比較兩個(gè)操作數(shù)的值，例如大于、小于、等于、不等于。邏輯運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符用于組合多個(gè)布爾表達(dá)式，例如與、或、非。賦值運(yùn)算符賦值運(yùn)算符將一個(gè)值賦給一個(gè)變量，例如等于號(hào)。程序流程控制1順序結(jié)構(gòu)程序按照代碼的順序逐行執(zhí)行，是最基本的控制結(jié)構(gòu)，沒(méi)有分支或循環(huán)。2分支結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷的結(jié)果，選擇執(zhí)行不同的代碼塊，例如if-else語(yǔ)句，switch語(yǔ)句。3循環(huán)結(jié)構(gòu)重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足特定條件為止，包括for循環(huán)、while循環(huán)和do-while循環(huán)。數(shù)組與排序1數(shù)組概念存儲(chǔ)相同類型數(shù)據(jù)的集合2數(shù)組操作創(chuàng)建、訪問(wèn)、修改、遍歷3排序算法冒泡排序、插入排序、選擇排序4高級(jí)排序歸并排序、快速排序、堆排序Java數(shù)組是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)相同類型的一組數(shù)據(jù)。數(shù)組提供了一種高效的方式來(lái)管理和訪問(wèn)數(shù)據(jù)，并支持多種操作，包括創(chuàng)建、訪問(wèn)、修改和遍歷。面向?qū)ο蠡A(chǔ)封裝隱藏對(duì)象的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只暴露必要的接口，提高代碼的安全性。繼承子類繼承父類的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，并擴(kuò)展新的功能。多態(tài)同一個(gè)方法可以根據(jù)不同的對(duì)象調(diào)用產(chǎn)生不同的結(jié)果，提高代碼的靈活性。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則11.單一職責(zé)原則每個(gè)類只負(fù)責(zé)一個(gè)特定的功能，避免職責(zé)分散，提高代碼的可維護(hù)性和可復(fù)用性。22.開(kāi)放封閉原則對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放，對(duì)修改封閉。通過(guò)接口或抽象類進(jìn)行擴(kuò)展，避免修改現(xiàn)有代碼，保證代碼穩(wěn)定性。33.里氏替換原則子類可以替換父類，保證程序的正常運(yùn)行，避免代碼的錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)。44.依賴倒置原則依賴于抽象，而不是具體實(shí)現(xiàn)。通過(guò)接口或抽象類進(jìn)行依賴，提高代碼的靈活性和可擴(kuò)展性。類的定義與封裝1類定義定義類的屬性和方法2封裝隱藏?cái)?shù)據(jù)，提供訪問(wèn)接口3訪問(wèn)控制控制屬性和方法的訪問(wèn)權(quán)限4構(gòu)造方法初始化類的實(shí)例5成員變量存儲(chǔ)類的屬性類的定義是Java面向?qū)ο缶幊痰暮诵?。封裝是將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的代碼捆綁在一起，保護(hù)數(shù)據(jù)，提高代碼的可維護(hù)性。繼承與多態(tài)繼承繼承是面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍钪?。它允許創(chuàng)建新的類，稱為子類，繼承現(xiàn)有類的屬性和方法，稱為父類。子類可以擴(kuò)展父類的功能，并添加新的屬性和方法。多態(tài)多態(tài)性允許程序員使用相同的方法名，但執(zhí)行不同的操作，具體取決于對(duì)象的類型。這提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性。代碼示例通過(guò)繼承和多態(tài)，可以創(chuàng)建更靈活和可擴(kuò)展的代碼，并減少重復(fù)代碼。異常處理異常類型運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤邏輯錯(cuò)誤資源錯(cuò)誤異常處理機(jī)制try-catch語(yǔ)句捕捉異常，進(jìn)行處理。finally塊無(wú)論異常是否被捕獲，finally塊始終執(zhí)行。拋出異常使用throw關(guān)鍵字手動(dòng)拋出異常。文件操作文件讀寫Java提供了多種類庫(kù)，例如InputStream、OutputStream、FileReader、FileWriter等，用于實(shí)現(xiàn)文件讀寫操作。這些類庫(kù)提供了一系列方法，方便開(kāi)發(fā)者進(jìn)行文件讀寫操作。文件操作類Java中常用的文件操作類包括File類，用于創(chuàng)建、刪除、重命名、獲取文件信息等操作。此外，RandomAccessFile類提供了隨機(jī)訪問(wèn)文件的強(qiáng)大功能。文件系統(tǒng)訪問(wèn)Java提供了File類來(lái)訪問(wèn)文件系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)者可以輕松地創(chuàng)建、刪除、重命名文件和目錄，以及獲取文件和目錄的屬性信息。集合框架數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Java集合框架提供了多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如列表、集合、映射等。每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有自己的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，適合不同的使用場(chǎng)景。List、Set、Map是Java集合框架的核心接口。通用性Java集合框架中的接口和類都是通用的，可以處理不同類型的數(shù)據(jù)。使用泛型，可以保證類型安全，并提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。效率Java集合框架提供了多種算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以確保高效的數(shù)據(jù)操作。對(duì)于不同的使用場(chǎng)景，可以選擇最合適的集合類，以提高應(yīng)用程序的性能。泛型編程代碼重用泛型編程通過(guò)使用類型參數(shù)來(lái)編寫代碼，使代碼更具通用性，可用于不同數(shù)據(jù)類型。類型安全泛型編程可以幫助避免類型錯(cuò)誤，提高代碼的安全性，減少調(diào)試時(shí)間。集合框架Java集合框架大量使用了泛型，使集合類能夠處理不同類型的對(duì)象，提高代碼的靈活性和可維護(hù)性。線程編程1線程創(chuàng)建與啟動(dòng)使用Thread類創(chuàng)建線程對(duì)象，并調(diào)用start()方法啟動(dòng)線程。2線程同步使用synchronized關(guān)鍵字或Lock接口實(shí)現(xiàn)線程同步，確保共享資源的安全性。3線程通信使用wait()、notify()、notifyAll()方法實(shí)現(xiàn)線程間通信，協(xié)調(diào)線程執(zhí)行。4線程池使用線程池管理線程，提高程序效率，降低資源消耗。線程編程是Java語(yǔ)言的重要特性之一，它允許程序同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，提高程序效率。Java提供了豐富的線程編程工具，包括Thread類、Runnable接口、synchronized關(guān)鍵字、Lock接口等。網(wǎng)絡(luò)編程1網(wǎng)絡(luò)通信模型Java提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)編程API，包括Socket類、DatagramSocket類和URL類等。Socket類用于建立基于TCP/IP的連接，DatagramSocket類用于建立基于UDP的連接，URL類用于訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議Java支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括TCP、UDP、HTTP、FTP等?？梢愿鶕?jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的協(xié)議。3網(wǎng)絡(luò)編程應(yīng)用Java網(wǎng)絡(luò)編程可以用于開(kāi)發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，例如網(wǎng)絡(luò)聊天軟件、Web服務(wù)器、FTP客戶端等。學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程可以幫助你深入理解網(wǎng)絡(luò)通信原理，并開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。JavaGUI編程JavaGUI編程使用Swing和AWT庫(kù)創(chuàng)建圖形用戶界面。Swing提供了豐富的組件，例如按鈕、文本框、下拉菜單、表格等，可用于構(gòu)建各種交互式應(yīng)用程序。JavaGUI編程允許開(kāi)發(fā)者創(chuàng)建具有視覺(jué)吸引力和用戶友好界面的應(yīng)用程序，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。Swing圖形界面Swing是Java提供的用于創(chuàng)建圖形用戶界面的工具包。它包含豐富的組件庫(kù)，例如按鈕、文本框、列表框等。Swing具有跨平臺(tái)性，可以在不同操作系統(tǒng)上保持一致的外觀和行為。Swing基于MVC架構(gòu)，將界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)邏輯分離，提高了代碼的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。Swing提供靈活的布局管理器，可以輕松地定制界面布局，滿足各種需求。JavaBean組件可重用性JavaBean組件是可重用、可移植的軟件組件，可以輕松地集成到不同的應(yīng)用程序中。可視化設(shè)計(jì)JavaBean組件可以用于可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境中，允許開(kāi)發(fā)人員拖放組件以構(gòu)建用戶界面。屬性和方法JavaBean組件通過(guò)屬性和方法來(lái)定義其行為，允許應(yīng)用程序與組件進(jìn)行交互。Applet小程序什么是Applet?Applet是一個(gè)小的Java程序，可以在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器中運(yùn)行。Applet的運(yùn)行機(jī)制當(dāng)用戶訪問(wèn)包含Applet的網(wǎng)頁(yè)時(shí)，瀏覽器會(huì)下載并運(yùn)行Applet。Applet的代碼Applet的代碼是用Java語(yǔ)言編寫，并打包成JAR文件。Applet的安全性Applet運(yùn)行在一個(gè)沙箱環(huán)境中，限制了其訪問(wèn)系統(tǒng)資源的能力，確保安全。JDBC數(shù)據(jù)庫(kù)編程JDBC概述JDBC是一種JavaAPI，允許程序員連接到各種數(shù)據(jù)庫(kù)。JDBC提供了一種標(biāo)準(zhǔn)方法，以獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)的方式訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。核心概念驅(qū)動(dòng)程序連接語(yǔ)句結(jié)果集連接數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)JDBC驅(qū)動(dòng)程序建立與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。使用連接對(duì)象執(zhí)行SQL語(yǔ)句，例如查詢、插入、更新和刪除數(shù)據(jù)。操作數(shù)據(jù)使用PreparedStatement對(duì)象執(zhí)行預(yù)編譯的SQL語(yǔ)句。使用ResultSet對(duì)象檢索查詢結(jié)果，并將其映射到Java對(duì)象。單元測(cè)試與調(diào)試單元測(cè)試測(cè)試代碼的最小單元，例如單個(gè)方法或類。驗(yàn)證代碼是否按預(yù)期工作提高代碼質(zhì)量和穩(wěn)定性調(diào)試查找和修復(fù)代碼中的錯(cuò)誤。使用調(diào)試器逐行執(zhí)行代碼查看變量的值和代碼執(zhí)行路徑測(cè)試框架JUnit、TestNG等框架簡(jiǎn)化了測(cè)試過(guò)程。創(chuàng)建和運(yùn)行測(cè)試用例提供斷言和測(cè)試結(jié)果報(bào)告Java中的設(shè)計(jì)模式11.結(jié)構(gòu)型模式結(jié)構(gòu)型模式關(guān)注類和對(duì)象的組合，例如適配器模式、橋接模式和裝飾器模式。22.行為型模式行為型模式關(guān)注類和對(duì)象之間的交互和職責(zé)分配，例如模板方法模式、觀察者模式和策略模式。33.創(chuàng)建型模式創(chuàng)建型模式關(guān)注對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程，例如工廠模式、抽象工廠模式和單例模式。JavaEEWeb開(kāi)發(fā)Servlet技術(shù)Servlet是JavaEE中用于處理Web請(qǐng)求的核心技術(shù)，提供了一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制來(lái)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)Web內(nèi)容。JSP技術(shù)JSP（JavaServerPages）允許在HTML中嵌入Java代碼，使頁(yè)面更加動(dòng)態(tài)和交互性強(qiáng)，適合開(kāi)發(fā)展示型Web頁(yè)面。JSF技術(shù)JSF（JavaServerFaces）是一個(gè)基于組件的Web框架，簡(jiǎn)化了Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程，使開(kāi)發(fā)人員專注于業(yè)務(wù)邏輯。EJB技術(shù)EJB（EnterpriseJavaBeans）提供了用于構(gòu)建企業(yè)級(jí)Java應(yīng)用的組件模型，包含會(huì)話Bean、實(shí)體Bean和消息驅(qū)動(dòng)的Bean。常見(jiàn)框架與工具Spring框架Spring是一個(gè)開(kāi)源框架，它為企業(yè)級(jí)Java應(yīng)用程序提供了全面的基礎(chǔ)架構(gòu)支持。Hibernate框架Hibernate是一個(gè)開(kāi)源的ORM框架，它簡(jiǎn)化了Java應(yīng)用程序與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的交互。Maven構(gòu)建工具M(jìn)aven是一個(gè)項(xiàng)目管理和構(gòu)建工具，它簡(jiǎn)化了Java項(xiàng)目的構(gòu)建、依賴管理和發(fā)布過(guò)程。Maven項(xiàng)目管理依賴管理Maven提供強(qiáng)大的依賴管理功能，通過(guò)POM文件定義項(xiàng)目的依賴關(guān)系。Maven從中央倉(cāng)庫(kù)或私服下載依賴的庫(kù)文件，自動(dòng)解決依賴沖突。構(gòu)建生命周期Maven定義了一套標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建生命周期，包含編譯、測(cè)試、打包、部署等階段。用戶可以通過(guò)插件擴(kuò)展Maven功能，實(shí)現(xiàn)自定義的構(gòu)建過(guò)程。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1云原生Java正積極擁抱云原生技術(shù)，提供更強(qiáng)的可移植性，優(yōu)化容器化部署，提升微服務(wù)架構(gòu)的適應(yīng)能力。2人工智能Java在機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)方面發(fā)揮重要作用