《java面向对象程序设计》-2024鲜版

《java面向对象程序设计》12024/3/27CATALOGUE目录课程介绍与基础知识Java语言基础面向对象编程核心概念异常处理机制集合框架与泛型技术多线程编程技术文件操作与IO流技术网络编程技术22024/3/2701课程介绍与基础知识32024/3/27课程目标和内容掌握Java语言基础语法和面向对象编程思想学习JavaGUI编程和异常处理机制了解Java泛型、注解、反射等高级特性了解Java平台标准版（JavaSE）的核心API掌握Java多线程编程和网络编程基础通过实践项目，提高分析问题和解决问题的能力42024/3/27010204Java语言概述Java语言的历史和发展Java语言的特点和优势Java平台标准版（JavaSE）的组成和架构Java虚拟机（JVM）的工作原理和作用0352024/3/27面向对象编程思想面向对象的基本概念：对象、类、封装、继承、多态面向对象编程的优点和缺点面向对象的分析和设计方法Java语言对面向对象编程的支持和实现62024/3/27开发环境搭建与IDE使用选择和使用合适的集成开发环境（IDE），如Eclipse、IntelliJIDEA等了解常见的Java开发工具和插件，如Maven、Git等安装和配置Java开发环境（JDK）学习IDE的基本操作和功能，如代码编辑、编译、运行、调试等72024/3/2702Java语言基础82024/3/2703变量作用域Java中的变量有作用域限制，根据声明位置不同，可以分为局部变量、成员变量和静态变量等。01基本数据类型包括整型、浮点型、字符型、布尔型等，每种类型都有相应的取值范围和默认值。02变量声明与初始化在Java中，必须先声明变量才能使用，变量声明时需要指定数据类型和变量名，并可以对其进行初始化。数据类型与变量92024/3/27算术运算符包括加、减、乘、除等基本算术运算，以及取模运算和自增自减运算等。关系运算符用于比较两个值的大小关系，返回结果为布尔值。逻辑运算符用于连接多个条件表达式，根据逻辑关系返回相应的布尔值。赋值运算符用于将表达式的值赋给变量，包括基本赋值和复合赋值等。运算符和表达式102024/3/27包括if语句和switch语句，用于根据条件执行不同的代码块。条件语句循环语句跳转语句包括for循环、while循环和do-while循环，用于重复执行某段代码块，直到满足退出条件。包括break语句和continue语句，用于在循环中跳出当前循环或跳过本次循环。030201控制结构（条件、循环）112024/3/27数组是一种引用数据类型，用于存储同一类型的数据集合，声明时需要指定数组类型和数组长度，并可以对其进行初始化。数组的声明与初始化通过数组下标可以访问和修改数组中的元素，数组下标从0开始。数组元素的访问与修改字符串是一种特殊的数据类型，用于表示文本信息，Java中提供了String类来创建和操作字符串对象。字符串的创建与操作包括获取字符串长度、截取子串、替换字符、分割字符串等常用操作。字符串的常用方法数组和字符串处理122024/3/2703面向对象编程核心概念132024/3/27类（Class）定义类是面向对象程序设计的基础，它是一种自定义的数据类型，用于描述具有相同属性和方法的对象集合。类定义了对象的属性和方法，是对象的模板或蓝图。对象是类的实例，通过类可以创建多个具有相同属性和方法的对象。每个对象都有自己独立的属性值，可以调用类中定义的方法。构造函数是一种特殊的方法，用于在创建对象时初始化对象的属性。析构函数用于在对象销毁前执行一些清理操作。为了保护类的属性和方法不被随意访问和修改，Java提供了访问控制符来限制对类成员的访问权限。对象（Object）创建与使用构造函数与析构函数访问控制符类与对象定义及使用142024/3/27继承（Inheritance）继承是面向对象编程中的一个重要特征，它允许子类继承父类的属性和方法，从而实现代码的重用和扩展。多态（Polymorphism）多态是指同一个方法可以根据发送对象的不同而采用多种不同的行为方式。Java中通过方法重载和方法重写实现多态。封装（Encapsulation）封装是指将对象的属性和方法结合在一起，形成一个独立的单元，并尽可能隐藏对象的内部实现细节。封装可以提高代码的安全性和可维护性。继承、多态和封装原理152024/3/27接口与抽象类应用接口和抽象类都可以用于实现抽象和多态，但它们的使用场景不完全相同。一般来说，接口用于定义一组行为规范，而抽象类用于定义一组具有共同特征的类。接口与抽象类的选择接口是一种完全抽象的类，它只能包含抽象方法的声明，不能包含方法的实现。接口用于定义一组相关的方法，但不提供具体的实现方式。接口（Interface）定义与使用抽象类是一种特殊的类，它不能被实例化，只能被继承。抽象类可以包含普通方法和抽象方法，子类必须实现抽象类中的所有抽象方法才能被实例化。抽象类（AbstractClass）定义与使用162024/3/27内部类（InnerClass）定义与使用：内部类是在一个类的内部定义的另一个类，它可以访问外部类的所有成员，包括私有成员。内部类可以用于实现一些复杂的逻辑和隐藏实现细节。匿名内部类（AnonymousInnerClass）定义与使用：匿名内部类是一种没有名称的内部类，它通常用于实现接口或抽象类中的方法，而不需要创建一个新的子类。匿名内部类可以使代码更加简洁和易读。内部类与匿名内部类的选择：内部类和匿名内部类都可以用于实现一些复杂的逻辑和隐藏实现细节，但它们的使用场景不完全相同。一般来说，如果需要使用内部类来实现多个接口或抽象类中的方法，或者需要在多个地方使用同一个内部类，那么应该使用内部类；如果只需要在一个地方使用一次内部类，那么可以使用匿名内部类来简化代码。内部类及匿名内部类172024/3/2704异常处理机制182024/3/27VS异常是在程序运行过程中出现的非正常情况，它会中断程序的正常流程。Java通过异常处理机制来处理程序运行过程中可能出现的各种错误或异常情况。异常分类Java中的异常可分为两大类，即检查型异常（CheckedExceptions）和非检查型异常（UncheckedExceptions）。检查型异常是编译器要求必须处理的异常，如IOException等；非检查型异常是运行时异常，如NullPointerException等。异常概念异常概念及分类192024/3/27try块01用于包含可能抛出异常的代码。当try块中的代码出现异常时，程序会立即跳出当前的执行流程，转而执行相应的catch块。catch块02用于捕获并处理try块中抛出的异常。catch块可以有多个，分别处理不同类型的异常。finally块03无论是否捕获或处理异常，finally块中的代码总是会被执行。它通常用于释放资源或执行一些清理操作。try-catch-finally结构202024/3/27创建自定义异常类可以通过继承Exception类或其子类来创建自定义异常类。自定义异常类通常包含描述异常信息的构造函数和成员变量。在程序中，可以使用throw语句抛出自定义的异常对象。一旦抛出异常，程序会立即停止当前方法的执行，并在调用栈中查找合适的catch块来处理该异常。可以使用try-catch结构来捕获并处理自定义的异常。在catch块中，可以定义要捕获的异常类型，并处理该异常。抛出自定义异常捕获自定义异常自定义异常处理212024/3/27异常处理机制应该仅用于处理真正的异常情况，而不是用于控制程序的正常流程。过度使用异常会降低程序的性能并增加代码的复杂性。避免过度使用异常在捕获异常时，应该优先使用具体的异常类型而不是通用的Exception类型。这样可以更准确地识别和处理不同类型的异常。优先使用具体的异常类型在抛出异常时，应该确保异常的原子性，即一次只抛出一个异常。这样可以避免混淆和难以调试的问题。保持异常的原子性在使用资源（如文件、数据库连接等）时，应该在finally块中释放这些资源，以确保资源的正确关闭和释放。在finally块中释放资源异常处理最佳实践222024/3/2705集合框架与泛型技术232024/3/27集合框架概述Java集合框架是Java编程语言中预先定义好的类和接口，主要用于处理各种类型的对象集合。集合框架组成集合框架主要包括接口、实现类和算法三部分，其中接口定义了集合的抽象数据类型，实现类则提供了具体的集合实现，算法则提供了对集合进行操作的常用方法。集合框架优点使用Java集合框架可以简化编程工作，提高代码重用性和可维护性，同时提高程序的安全性和效率。集合框架定义242024/3/27List接口List接口是Java集合框架中的一个重要接口，它定义了一个有序的集合，允许包含重复的元素。主要的实现类有ArrayList和LinkedList等。Set接口Set接口也是Java集合框架中的一个重要接口，它定义了一个无序的集合，不允许包含重复的元素。主要的实现类有HashSet和TreeSet等。Map接口Map接口是Java集合框架中用于存储键值对数据的接口。它允许使用任何对象作为键来查找值。主要的实现类有HashMap和TreeMap等。List、Set、Map接口及其实现类252024/3/27泛型原理泛型是Java编程语言中的一种类型参数化的工具，它允许程序员在类、接口和方法中使用类型参数。泛型的主要目的是提高代码的重用性和类型安全。泛型应用示例使用泛型可以创建类型安全的集合，避免在运行时出现类型转换错误。例如，可以创建一个只能存储字符串的ArrayList，如果尝试向其中添加其他类型的对象，编译器将会报错。泛型原理及应用示例262024/3/27程序员可以定义自己的泛型类，方法是在类名后面加上类型参数。在类的定义中，可以使用类型参数来定义属性、方法等。自定义泛型类与自定义泛型类类似，程序员也可以定义自己的泛型接口。泛型接口中也可以定义类型参数，并使用它们来定义方法。实现泛型接口的类必须为接口中定义的所有类型参数提供具体的类型。自定义泛型接口自定义泛型类和接口272024/3/2706多线程编程技术282024/3/27线程是程序执行流的最小单元，一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，如内存空间、文件句柄等。Java中创建线程主要有两种方式，一种是继承Thread类并重写run方法，另一种是实现Runnable接口并实现run方法。线程概念及创建方式创建方式线程概念292024/3/27线程同步当多个线程访问共享资源时，为了保证数据的一致性和完整性，需要对这些资源进行同步访问控制。锁机制Java中提供了多种锁机制来实现线程同步，如synchronized关键字、ReentrantLock类等。这些锁机制可以保证同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。线程同步与锁机制302024/3/27wait/notify机制通过Object类的wait和notify方法可以实现线程间的通信。当某个线程调用了对象的wait方法后，它会进入等待状态，直到其他线程调用了该对象的notify或notifyAll方法唤醒它。BlockingQueueJava并发包中提供的BlockingQueue接口是一种线程安全的队列，它支持在队列为空时阻塞取队列元素的线程，直到队列中有新的元素插入。线程间通信方法312024/3/27对于需要进行大量计算的任务，可以利用多线程技术将其拆分成多个子任务并行处理，从而提高计算效率。并行计算对于某些耗时的操作，如IO操作、网络请求等，可以使用多线程进行异步处理，避免阻塞主线程。异步处理在实时系统中，需要保证系统的响应时间和吞吐量，多线程技术可以提高系统的并发处理能力，满足实时性要求。实时系统多线程应用场景分析322024/3/2707文件操作与IO流技术332024/3/27重命名文件使用`File`类的`renameTo()`方法对文件进行重命名。删除文件使用`File`类的`delete()`方法删除文件。写入文件使用`FileOutputStream`或`FileWriter`等输出流类向文件中写入数据。创建文件使用`File`类的构造方法创建文件对象，然后通过`createNewFile()`方法创建文件。读取文件使用`FileInputStream`或`FileReader`等输入流类读取文件内容。文件操作基本方法342024/3/27以字节为单位进行读写操作，适用于处理二进制文件，如图片、音频、视频等。主要类有`InputStream`和`OutputStream`。字节流以字符为单位进行读写操作，适用于处理文本文件。主要类有`Reader`和`Writer`。字符流在处理文本文件时，一般使用字符流；在处理二进制文件时，一般使用字节流。应用场景字节流和字符流原理及应用352024/3/27通过在内存中创建缓冲区，将读写操作的数据先暂存到缓冲区中，然后一次性写入或读取，从而提高读写效率。缓冲流原理使用`BufferedInputStream`、`BufferedOutputStream`、`BufferedReader`和`BufferedWriter`等缓冲流类进行读写操作。使用缓冲流在使用缓冲流时，需要注意在关闭流时先关闭缓冲流，再关闭底层流。注意事项缓冲流提高读写效率362024/3/27文件上传在服务器端创建一个文件上传的Servlet，接收客户端上传的文件并保存到服务器指定目录下。客户端可以使用HTML表单和Ajax等技术实现文件上传。文件下载在服务器端创建一个文件下载的Servlet，根据客户端请求的文件路径，将文件以流的形式发送给客户端。客户端可以使用浏览器直接下载或使用Java程序实现文件下载。注意事项在实现文件上传下载时，需要注意文件的安全性、完整性和可用性等问题，如防止恶意文件上传、确保文件传输的完整性和对文件进行备份等。文件上传下载案例实现372024/3/2708网络编程技术382024/3/27计算机网络通过通信设备和线路连接起来的、地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统，以功能完善的网络软件实现网络的硬件、软件及资源共享和信息传递的系统。网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。IP地址互联网协议地址，是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。010203网络编程基础概念392024/3/27Socket又称套接字，是计算机网络通信的基本技术之一。它允许不同计算机上的应用程序通过网络进行通信，实现数据的传输和共享。Socket通信基于客户端/服务器模式，客户端向服务器发送请求，服务器接收请求并返回响应。传输控制协议/因特网互联协议，是一系列网络协议的总和，构成了互联网的基础。TCP/IP协议栈包括应用层、传输层、网络层和链路层四个层次，每层都包含不同的协议，用于处理不同方面的网络通信问题。Socket通