清華大學Java課件l

Java課程概述本課程涵蓋Java編程語言的基礎知識，包括語法、數(shù)據類型、控制流程、面向對象編程等。學生將學習如何使用Java編寫程序，并通過各種練習和項目，培養(yǎng)解決問題的能力和編程技巧。Java語言特點跨平臺性Java代碼可編譯成字節(jié)碼，可在任何安裝了Java虛擬機（JVM）的平臺上運行。面向對象Java是一種純粹的面向對象編程語言，支持封裝、繼承和多態(tài)等特性。安全Java具有安全機制，例如字節(jié)碼驗證、沙箱機制等，有效防止惡意代碼的執(zhí)行。健壯性Java提供垃圾回收機制，自動管理內存，減少內存泄漏的可能性，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領導的團隊于1991年開發(fā)。早期版本1995年，Java1.0發(fā)布，主要用于網絡應用程序開發(fā)。快速發(fā)展Java1.1加入了反射和內部類等新功能，并開始流行起來?？缙脚_Java的“一次編寫，到處運行”的特性使其成為跨平臺開發(fā)的理想選擇。開源2007年，SunMicrosystems將Java開源，促進了其發(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需求?；菊Z法與語義1關鍵字Java語言包含一組保留字，用于定義語言結構。2標識符標識符用于命名變量、類、方法等元素，遵循特定規(guī)則。3數(shù)據類型Java語言提供基本數(shù)據類型，用于表示不同類型的數(shù)據。4運算符運算符用于執(zhí)行各種操作，例如算術、比較、邏輯運算。數(shù)據類型和變量基本數(shù)據類型Java語言提供了八種基本數(shù)據類型，例如：整數(shù)、浮點數(shù)、字符和布爾值。這些類型表示不同類型的數(shù)值和字符。變量聲明使用關鍵字“var”來聲明變量，并為其指定一個類型和名稱。變量存儲程序運行期間的值。數(shù)據類型轉換可以將不同數(shù)據類型之間的值進行轉換，但需要謹慎處理以避免數(shù)據丟失或精度問題。運算符與表達式算術運算符Java支持常見的算術運算符，例如加號、減號、乘號和除號。比較運算符比較運算符用于比較兩個操作數(shù)的值，例如大于、小于、等于、不等于。邏輯運算符邏輯運算符用于組合多個布爾表達式，例如與、或、非。賦值運算符賦值運算符將一個值賦給一個變量，例如等于號。程序流程控制1順序結構程序按照代碼的順序逐行執(zhí)行，是最基本的控制結構，沒有分支或循環(huán)。2分支結構根據條件判斷的結果，選擇執(zhí)行不同的代碼塊，例如if-else語句，switch語句。3循環(huán)結構重復執(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)組概念存儲相同類型數(shù)據的集合2數(shù)組操作創(chuàng)建、訪問、修改、遍歷3排序算法冒泡排序、插入排序、選擇排序4高級排序歸并排序、快速排序、堆排序Java數(shù)組是一種數(shù)據結構，用于存儲相同類型的一組數(shù)據。數(shù)組提供了一種高效的方式來管理和訪問數(shù)據，并支持多種操作，包括創(chuàng)建、訪問、修改和遍歷。面向對象基礎封裝隱藏對象的內部實現(xiàn)細節(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，實現(xiàn)代碼復用，并擴展新的功能。多態(tài)同一個方法可以根據不同的對象調用產生不同的結果，提高代碼的靈活性。面向對象設計原則11.單一職責原則每個類只負責一個特定的功能，避免職責分散，提高代碼的可維護性和可復用性。22.開放封閉原則對擴展開放，對修改封閉。通過接口或抽象類進行擴展，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，保證程序的正常運行，避免代碼的錯誤和風險。44.依賴倒置原則依賴于抽象，而不是具體實現(xiàn)。通過接口或抽象類進行依賴，提高代碼的靈活性和可擴展性。類的定義與封裝1類定義定義類的屬性和方法2封裝隱藏數(shù)據，提供訪問接口3訪問控制控制屬性和方法的訪問權限4構造方法初始化類的實例5成員變量存儲類的屬性類的定義是Java面向對象編程的核心。封裝是將數(shù)據和操作數(shù)據的代碼捆綁在一起，保護數(shù)據，提高代碼的可維護性。繼承與多態(tài)繼承繼承是面向對象編程的核心概念之一。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，具體取決于對象的類型。這提高了代碼的可讀性和可維護性。代碼示例通過繼承和多態(tài)，可以創(chuàng)建更靈活和可擴展的代碼，并減少重復代碼。異常處理異常類型運行時錯誤邏輯錯誤資源錯誤異常處理機制try-catch語句捕捉異常，進行處理。finally塊無論異常是否被捕獲，finally塊始終執(zhí)行。拋出異常使用throw關鍵字手動拋出異常。文件操作文件讀寫Java提供了多種類庫，例如InputStream、OutputStream、FileReader、FileWriter等，用于實現(xiàn)文件讀寫操作。這些類庫提供了一系列方法，方便開發(fā)者進行文件讀寫操作。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類提供了隨機訪問文件的強大功能。文件系統(tǒng)訪問Java提供了File類來訪問文件系統(tǒng)，開發(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)據結構Java集合框架提供了多種數(shù)據結構，例如列表、集合、映射等。每種數(shù)據結構都有自己的優(yōu)勢和劣勢，適合不同的使用場景。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。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性。效率Java集合框架提供了多種算法和數(shù)據結構，以確保高效的數(shù)據操作。對于不同的使用場景，可以選擇最合適的集合類，以提高應用程序的性能。泛型編程代碼重用泛型編程通過使用類型參數(shù)來編寫代碼，使代碼更具通用性，可用于不同數(shù)據類型。類型安全泛型編程可以幫助避免類型錯誤，提高代碼的安全性，減少調試時間。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象，提高代碼的靈活性和可維護性。線程編程1線程創(chuàng)建與啟動使用Thread類創(chuàng)建線程對象，并調用start()方法啟動線程。2線程同步使用synchronized關鍵字或Lock接口實現(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()方法實現(xiàn)線程間通信，協(xié)調線程執(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語言的重要特性之一，它允許程序同時執(zhí)行多個任務，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關鍵字、Lock接口等。網絡編程1網絡通信模型Java提供了豐富的網絡編程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類用于訪問網絡資源。2網絡協(xié)議Java支持多種網絡協(xié)議，包括TCP、UDP、HTTP、FTP等?？梢愿鶕煌膽脠鼍斑x擇合適的協(xié)議。3網絡編程應用Java網絡編程可以用于開發(fā)各種網絡應用，例如網絡聊天軟件、Web服務器、FTP客戶端等。學習網絡編程可以幫助你深入理解網絡通信原理，并開發(fā)出功能強大的網絡應用。JavaGUI編程JavaGUI編程使用Swing和AWT庫創(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，可用于構建各種交互式應用程序。JavaGUI編程允許開發(fā)者創(chuàng)建具有視覺吸引力和用戶友好界面的應用程序，以增強用戶體驗。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，例如按鈕、文本框、列表框等。Swing具有跨平臺性，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，將界面設計、數(shù)據模型和業(yè)務邏輯分離，提高了代碼的可維護性和可擴展性。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用程序中?？梢暬O計JavaBean組件可以用于可視化開發(fā)環(huán)境中，允許開發(fā)人員拖放組件以構建用戶界面。屬性和方法JavaBean組件通過屬性和方法來定義其行為，允許應用程序與組件進行交互。Applet小程序什么是Applet?Applet是一個小的Java程序，可以在網頁瀏覽器中運行。Applet的運行機制當用戶訪問包含Applet的網頁時，瀏覽器會下載并運行Applet。Applet的代碼Applet的代碼是用Java語言編寫，并打包成JAR文件。Applet的安全性Applet運行在一個沙箱環(huán)境中，限制了其訪問系統(tǒng)資源的能力，確保安全。JDBC數(shù)據庫編程JDBC概述JDBC是一種JavaAPI，允許程序員連接到各種數(shù)據庫。JDBC提供了一種標準方法，以獨立于數(shù)據庫的方式訪問數(shù)據庫。核心概念驅動程序連接語句結果集連接數(shù)據庫通過JDBC驅動程序建立與數(shù)據庫的連接。使用連接對象執(zhí)行SQL語句，例如查詢、插入、更新和刪除數(shù)據。操作數(shù)據使用PreparedStatement對象執(zhí)行預編譯的SQL語句。使用ResultSet對象檢索查詢結果，并將其映射到Java對象。單元測試與調試單元測試測試代碼的最小單元，例如單個方法或類。驗證代碼是否按預期工作提高代碼質量和穩(wěn)定性調試查找和修復代碼中的錯誤。使用調試器逐行執(zhí)行代碼查看變量的值和代碼執(zhí)行路徑測試框架JUnit、TestNG等框架簡化了測試過程。創(chuàng)建和運行測試用例提供斷言和測試結果報告Java中的設計模式11.結構型模式結構型模式關注類和對象的組合，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注類和對象之間的交互和職責分配，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)建型模式關注對象的創(chuàng)建過程，例如工廠模式、抽象工廠模式和單例模式。JavaEEWeb開發(fā)Servlet技術Servlet是JavaEE中用于處理Web請求的核心技術，提供了一種標準機制來創(chuàng)建動態(tài)Web內容。JSP技術JSP（JavaServerPages）允許在HTML中嵌入Java代碼，使頁面更加動態(tài)和交互性強，適合開發(fā)展示型Web頁面。JSF技術JSF（JavaServerFaces）是一個基于組件的Web框架，簡化了Web應用開發(fā)過程，使開發(fā)人員專注于業(yè)務邏輯。EJB技術EJB（EnterpriseJavaBeans）提供了用于構建企業(yè)級Java應用的組件模型，包含會話Bean、實體Bean和消息驅動的Bean。常見框架與工具Spring框架Spring是一個開源框架，它為企業(yè)級Java應用程序提供了全面的基礎架構支持。Hibernate框架Hibernate是一個開源的ORM框架，它簡化了Java應用程序與關系型數(shù)據庫的交互。Maven構建工具Maven是一個項目管理和構建工具，它簡化了Java項目的構建、依賴管理和發(fā)布過程。Maven項目管理依賴管理Maven提供強大的依賴管理功能，通過POM文件定義項目的依賴關系。Maven從中央倉庫或私服下載依賴的庫文件，自動解決依賴沖突。構建生命周期Maven定義了一套標準的構建生命周期，包含編譯、測試、打包、部署等階段。用戶可以通過插件擴展Maven功能，實現(xiàn)自定義的構建過程。未來發(fā)展趨勢1云原生Java正積極擁抱云原生技術，提供更強的可移植性，優(yōu)化容器化部署，提升微服務架構的適應能力。2人工智能Java在機器學習和深度學習方面發(fā)揮重要作用