第1章 Java开发入门

第1章Java开发入门《Java基础案例教程》（第3版）学习目标/Target

了解什么是Java，能够简述Java是什么和Java的3个技术平台

了解Java的特点，能够简述Java的主要特点

了解Java程序的运行机制，能够简述Java程序的运行机制

掌握JDK的下载与安装，能够独立下载并安装JDK

掌握环境变量的配置，能够独立配置Path环境变量学习目标/Target

掌握第一个Java程序的开发，能够独立编写并运行HelloWorld程序

掌握IDEA的下载、安装与启动，能够独立安装并启动IDEA开发工具

掌握使用IDEA进行程序开发，能够使用IDEA编写并运行

HelloWorld程序

掌握IDEA调试工具的使用，能够在程序中正确设置断点并进行程序的调试章节概述/

SummaryJava是一门高级程序设计语言，自问世以来，就受到了前所未有的关注，并成为网络应用、移动开发、嵌入式系统等许多领域最受欢迎的开发语言之一。本章将介绍Java的特点、开发环境和开发工具等相关知识，带领读者入门Java开发。目录/Contents0102Java概述Java环境搭建0304Java程序的开发IntelliJIDEA开发工具Java概述1.1了解什么是Java，能够简述Java是什么和Java的3个技术平台1.1.1什么是Java

先定一个小目标！在介绍Java之前，在此对计算机语言进行简述。计算机语言是人与计算机之间进行交流的一种语言形式，计算机语言种类繁多，按照其抽象层次通常将计算机语言分为机器语言、汇编语言、高级语言三大类。1.1.1 什么是Java1.1.1 什么是Java机器语言是计算机可以直接识别和执行的语言，使用二进制编码，表示简单、控制精确，但不易于编写和阅读。机器语言汇编语言使用与机器语言对应的文本式助记符、符号加上操作码的方式，更易于编写和阅读，但需要转化为机器语言才能被计算机执行。汇编语言高级语言通常不直接与计算机硬件交互，更加接近于自然语言，具有结构化和面向对象等优势，编写和阅读更加简便。高级语言计算机语言1.1.1什么是JavaJava是计算机语言中的一种高级语言，于1995年首次发布。作为一种支持跨平台和完全面向对象的编程语言，Java已经成为企业级应用程序和互联网应用开发的首选语言之一。为了满足不同的开发需求，Java划分了3个技术平台，分别是JavaSE、JavaEE和JavaME。JavaSE（StandardEdition，标准版）。JavaEE（EnterpriseEdition，企业版）。

JavaME（MicroEdition，微型版）。了解Java语言的特点，能够简述Java的主要特点1.1.2Java的特点

先定一个小目标！1.1.2Java的特点Java语言是一门优秀的编程语言，它之所以应用广泛，受到大众的欢迎，是因为它有众多突出的特点，其中最主要的特点有以下几个。简单：Java语言是一种相对简单的编程语言，它通过提供最基本的方法完成指定的任务。Java使用引用代替C++中的指针，并提供了自动的垃圾回收机制来解决程序员需要管理内存的问题。面向对象：面向对象的核心由类和对象组成，通过类和对象描述事物之间的关系。Java是一种纯粹的面向对象编程语言，支持封装、继承和多态，使得代码更加模块化和易于维护。1.1.2Java的特点安全性：Java语言具备高度的安全性，它提供了多种安全特性，如数字签名、SSL/TLS、安全套接字等机制，帮助开发者保证代码的安全性。跨平台性：Java语言通过JVM（JavaVirtualMachine，Java虚拟机）和字节码实现跨平台。Java程序可以一次编写，到处运行。支持多线程：Java内置了丰富的多线程支持，使得Java适合于并发编程和处理大规模并发任务的场景。分布性：Java是一门分布式语言，它提供了广泛的网络连接支持，并且通过Socket类可以实现可靠的流式网络连接。Java环境搭建1.21.2Java环境搭建Java环境主要指的是支撑Java开发和执行的一系列工具和组件，搭建Java环境包括下载和安装JDK（JavaDevelopmentKit，Java开发工具包），以及配置系统环境变量。JDK是构建及运行Java应用程序的核心，包含了Java编译器、运行时环境和一系列工具库，用于开发和运行Java应用程序。配置环境变量可以更便捷的使用已安装的JDK。掌握JDK的下载与安装，能够独立下载并安装JDK1.2.1JDK的下载与安装

先定一个小目标！1.2.1JDK的下载与安装为了适应不断变化的技术需求和标准，JDK的版本也在不断升级，在本书完稿时，JDK已更新至JDK23。然而，在企业中通常会考虑到兼容性、稳定性和迁移成本等多种因素，不会立即采用最新版本的JDK。相比之下，JDK17目前被认为是比较稳定的版本，同时JDK17将在未来获得官方长期的支持和维护，因此本书将基于JDK17进行讲解。下面对JDK17的下载与安装进行讲解。1.2.1JDK的下载与安装步骤一：下载JDKOracle公司提供了适应多种操作系统的JDK，读者可以根据自己使用的操作系统，下载相应版本的JDK。本书以64位的Windows10系统为例来演示JDK的下载和安装。打开浏览器并访问Oracle官方网站，进入JDK下载页面，如右图所示。1.2.1JDK的下载与安装步骤一：下载JDK在JDK下载页面中，依次单击“JDK17”和“Windows”，查看相应的安装包，如下图所示。1.2.1JDK的下载与安装步骤一：下载JDK从JDK17下载页面可以看到，页面中提供了三个JDK安装文件的下载，其类型分别为x64CompressedArchive、x64Installer、x64MSIInstaller，下面分别对这三种类型的安装文件进行介绍。x64CompressedArchive：免安装版本，是一个压缩文件，下载后解压即可使用。x64Installer：离线安装包版本，是一个可执行文件，包含一个图形用户界面的安装向导程序。x64MSIInstaller：也是离线安装包版本，通过MSI文件进行安装，提供了更丰富的安装选项。1.2.1JDK的下载与安装步骤二：解压JDK的压缩包由于免安装版本可以直接解压并使用，无需进行繁琐的安装过程，这里选择下载免安装版本进行下载和安装的演示。将下载好的JDK安装文件“jdk-17_windows-x64_bin.zip”压缩包解压到一个不包含中文和空格的目录中，存放JDK解压后的目录也称为JDK安装目录，JDK安装目录下的文件如右图所示。1.2.1JDK的下载与安装步骤二：解压JDK的压缩包下面对JDK安装目录中的子目录和重要文件进行说明。（1）bin目录：该目录用于存放一些可执行文件，该目录下常用可执行文件如下。javac.exe：Java编译器。java.exe：Java解释器。jar.exe：Java打包工具。javadoc.exe：是文档生成工具。（2）conf目录：该目录包含了JDK的配置文件和属性文件。1.2.1JDK的下载与安装步骤二：解压JDK的压缩包（3）include目录：该目录包含了用于本地开发的头文件，用于与其他编程语言进行交互。（4）jmods目录：包含了JDK模块化系统使用的模块文件（.jmod文件）。（5）lib目录：用于存放JDK提供的核心类库、扩展库、第三方库以及本地实现库。1.2.1JDK的下载与安装步骤三：验证JDK是否安装成功通过JDK相关命令验证JDK是否安装成功。打开JDK安装目录下的bin目录，在文件夹地址栏中输入cmd后按下“Enter”键，在当前目录下打开命令提示符窗口，如下图所示。1.2.1JDK的下载与安装步骤三：验证JDK是否安装成功在命令提示符窗口输入以下命令，验证当前系统中的JDK是否正常安装。java-version上述命令用于在命令提示符窗口中显示系统已安装的Java运行时环境版本信息，执行上述命令，效果如下图所示。掌握环境变量的配置，能够独立配置Path环境变量1.2.2配置环境变量

先定一个小目标！1.2.2配置环境变量解压后的免安装版本的JDK可以直接使用，但执行Java的相关命令需要先在JDK安装目录的bin目录执行，如果每次执行Java有关命令时，都需要进入bin目录中，操作会比较烦琐。想要在任意目录下都可以执行Java的相关命令，可以通过配置系统的环境变量实现。下面将JDK安装目录配置到环境变量中。1.2.2配置环境变量当在Windows系统的命令提示符窗口中执行一条可执行命令时，系统首先会在当前目录中寻找该命令对应的可执行文件。如果在当前目录中找不到该文件，系统会继续在Path环境变量中定义的路径下查找该文件。Path环境变量是用于保存一系列可执行文件路径的变量，这些路径指定了系统可以在其中查找可执行文件的位置。1.Path环境变量的作用1.2.2配置环境变量下面演示没有在Path环境变量设置JDK安装目录之前，在其他目录下执行Java命令的效果。按下“Windows+R”快捷键，在弹出的对话框中输入cmd后按下“Enter”键打开命令提示符窗口，在命令提示符窗口中输入“java-version”命令，如下图所示。1.Path环境变量的作用1.2.2配置环境变量右击本地计算机后选择“属性”，在弹出的“设置”窗口中选择“高级系统设置”选项，弹出“系统属性”对话框，在“高级”选项卡下单击“环境变量”按钮，弹出“环境变量”对话框。如右图所示。2.配置Path环境变量1.2.2配置环境变量在环境变量对话框的“系统变量”区域中选中名为Path的系统变量，单击“编辑”按钮，打开“编辑环境变量”对话框。如右图所示。2.配置Path环境变量1.2.2配置环境变量按下“Windows+R”快捷键，在弹出的对话框中输入cmd后按下“Enter”键打开命令提示符窗口，在命令提示符窗口中输入“java–version”命令，效果如下图所示。3.验证Path环境变量是否配置成功Java程序的开发1.3在1.2节中已经成功搭建了Java环境，下面开发本书第一个Java程序，并分析其开发过程，帮助初学者理解Java程序的运行机制。1.3

Java程序的开发1.3.1

第一个Java程序掌握第一个Java程序的开发，能够独立编写并运行HelloWorld程序

先定一个小目标！1.3.1

第一个Java程序思路：Java程序的执行是由JVM负责执行Java的字节码文件。要得到字节码文件，首先需要编写Java的源文件，再利用Java编译器将源文件编译成字节码文件。1.3.1

第一个Java程序步骤一：编写程序代码在任意目录下创建一个文本文档，将其重命名为HelloWorld.java。用记事本打开HelloWorld.java文件，具体代码如下。classHelloWorld{ publicstaticvoidmain(String[]args){ System.out.println("helloworld"); } }需要注意的是，在编写程序时，程序中出现的空格、括号、分号等符号必须采用英文半角格式，否则程序会出错。1.3.1

第一个Java程序步骤二：编译程序Java中提供了javac命令编译Java的源文件，使用javac命令进行编译的语法格式如下。javac[options]<sourcefiles>上述命令各项的含义：option：可选参数，用于指定各种参数和设置。sourcefiles：需要编译的Java源代码文件路径，多个文件使用空格分隔。需要注意的是，在使用javac命令编译源代码文件时，需要输入完整的文件名称，包括它的扩展名“.java”。1.3.1第一个Java程序步骤二：编译程序进入HelloWorld.java所在的文件夹中，在该文件夹的地址栏中输入“cmd”后按下“Enter”键，在当前目录下打开命令提示符窗口，如下图所示。1.3.1

第一个Java程序步骤二：编译程序在命令提示符窗口中，通过javac命令编译HelloWorld.java文件，具体命令如下。javacHelloWorld.java执行效果如下图所示。1.3.1

第一个Java程序步骤二：编译程序查看HelloWorld.java所在文件夹，发现该文件夹新增了一个文件，如下图所示。当前文件夹下生成了HelloWorld.class字节码文件，说明HelloWorld.java文件编译成功。1.3.1

第一个Java程序步骤三：运行程序Java中提供了java命令用于执行字节码文件，使用java命令执行字节码文件的语法如下。java[options]<classname>[args]上述命令各项的含义：option：可选参数，用于指定各种参数和设置。classname：要执行的Java类的名称，该类应该包含main()方法作为程序入口。args：可选参数，作为main()方法的参数传入程序中。1.3.1

第一个Java程序步骤三：运行程序在命令提示符窗口中，通过java命令执行HelloWorld程序，具体命令如下。javaHelloWorld执行效果如下图所示。1.3.1 第一个Java程序编译Java源文件时，在输入的命令和文件名完全正确的情况下，可能会出现“找不到文件”的错误。上图错误的原因可能是文件的扩展名被隐藏了。虽然文本文档显示的文件名为“HelloWorld.java”，但实际上这个文件的真实名可能为“HelloWorld.java.txt”，文件类型并没有得到修改。脚下留心：编译Java源文件时可能出现的错误1.3.1 第一个Java程序为了解决这一问题，需要让文件名被隐藏的扩展名显示出来，再进行修改。显示扩展名的方法如下，在任意目录的窗口页面，单击“查看选项”，如下图所示。脚下留心：编译Java源文件时可能出现的错误1.3.2

Java程序的运行机制了解Java程序的运行机制，能够简述Java程序的运行机制

先定一个小目标！1.3.2

Java程序的运行机制Java程序的运行过程包括编译和执行。首先，Java编译器会将后缀名为.java的源文件编译成后缀名为.class的字节码文件。然后，Java虚拟机会解释执行这些字节码文件。以1.3.1节实现的HelloWorld程序为例，对Java程序的运行机制进行说明。（1）编写HelloWorld.java源文件。（2）使用“javacHelloWorld.java”命令编译HelloWorld.java文件。编译结束后，会生成名为HelloWorld.class的字节码文件。（3）使用“javaHelloWorld”命令启动JVM运行程序。Java虚拟机将字节码文件加载到内存，然后对内存中的Java类进行解释执行。1.3.2

Java程序的运行机制Java程序是由虚拟机负责执行的，而并非操作系统。这样做的好处是可以实现Java程序的跨平台，即相同的Java程序可以在不同的操作系统上运行，只需要安装相应版本的Java虚拟机即可实现兼容。1.3.2

Java程序的运行机制Java程序的跨平台特性，有效地解决了程序设计语言在不同操作系统编译时产生不同机器码的问题，极大降低了程序开发和维护的成本。需要注意的是，Java程序通过JVM可以实现跨平台特性，但JVM不是跨平台的。也就是说，不同操作系统上的JVM是不同的，即Windows平台上的JVM不能用在Linux上，反之亦然。IDEA1.41.4IDEA在实际项目开发中，使用记事本编辑代码受到许多限制，例如无法提供实时调试和排错功能、缺乏项目管理和构建工具等，难以满足开发需求。正所谓“工欲善其事，必先利其器”,为了提高程序的开发效率，大部分开发人员很少直接使用记事本编写程序，通常都会使用集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE）进行Java程序的开发。本节将对Java常用的开发工具——IntelliJIDEA（简称IDEA）进行讲解。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动了解Java程序的运行机制，能够简述Java程序的运行机制

先定一个小目标！1.4.1

IDEA的下载、安装与启动IDEA是用于开发Java程序的集成开发环境，同时也支持其他编程语言。它在业界被公认是最好的Java开发工具之一，在智能代码助手、代码自动提示、重构、J2EE支持、Ant、Junit、CVS整合、代码审查、创新的GUI设计等方面表现尤为出色。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具打开浏览器并访问IDEA的官网首页。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具在IDEA官网首页单击“Download”按钮，进入IDEA下载页面。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具在IDEA下载页面可以看到，IDEA有两个版本，分别是IntelliJIDEAUItimate（旗舰版）和IntelliJIDEACommunityEdition（社区版）。旗舰版：商业版本，提供了更多高级功能和企业特性，适用于专业开发人员和大型项目，但是需要收费。社区版：提供了完整的Java开发环境，具有代码编辑、调试、重构、版本控制等功能，以及丰富的插件，不需要收费。对于初学者和个人开发来说，社区版足以满足学习和开发的需求。这里选择社区版下载进行演示。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具在IDEA下载页面中，单击IntelliJIDEACommunityEdition下面的“Download”按钮进行下载。下载完成后会获得一个ideaIC-2023.2.1.exe名称的安装包，双击该安装包启动安装程序，弹出IDEA安装欢迎界面。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具在IDEA安装欢迎界面中，单击“Next”按钮，进入选择安装位置界面。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具在IDEA安装位置选择界面，输入或通过单击“Browser”按钮修改自定义路径，设置完成后，单击“Next”按钮，进入基本安装选项界面。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具基本安装选项界面的安装选项含义和勾选情况。CreateDesktopShortcut：创建桌面快捷方式，为了方便打开IDEA，建议勾选。Updatecontextmenu：是否将IDEA的功能集成到操作系统的上下文菜单中。根据自身需求勾选。CreateAssociations：关联文件格式，不推荐勾选。UpdatePATHVariable（restartneeded）：是否将IDEA启动目录添加到环境变量中，根据自身需求勾选。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具在基本安装选项界面勾选完成后，单击“Next”按钮，进入选择开始菜单界面。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤一：下载并安装IDEA开发工具在选择开始菜单界面，单击“Install”按钮安装IDEA，安装完成界面如下图所示。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤二：启动IDEA开发工具IDEA安装完成之后，双击IDEA的桌面快捷方式即可启动，启动界面如下图所示。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动步骤二：启动IDEA开发工具启动完成后，进入IDEA主界面，如下图所示。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动多学一招：修改IDEA主体背景颜色当前安装的IDEA的主题背景颜色默认是黑色，为了后续使用时阅读更清晰、内容的可见性更高，这里将IDEA的主题背景颜色修改为白色。在IDEA主界面中，单击左侧导航菜单栏中的“Customize”选项，进入IDEA定制界面，如右图所示。1.4.1

IDEA的下载、安装与启动多学一招：修改IDEA主体背景颜色在IDEA定制界面，单击Colortheme下面的下拉框，选择“Light”选项1.4.2

使用IDEA进行程序开发掌握使用IDEA进行程序开发，能够使用IDEA编写并运行HelloWorld程序

先定一个小目标！1.4.2

使用IDEA进行程序开发在安装完IDEA后，为了更好地学习和掌握IDEA的使用，下面使用IDEA实现一个Java程序，实现在控制台输出“helloworld”功能。1.4.2

使用IDEA进行程序开发IDEA提供了强大的代码管理功能。编写Java程序时，通过创建项目能够更好地组织代码、处理依赖关系，以及简化构建和部署流程。1.创建Java项目在IDEA主界面单击“NewProject”选项，进入创建项目界面，如右图所示。1.4.2

使用IDEA进行程序开发创建项目界面中，需要设置一些所需的参数，包括Name、Location、Language、Buildsystem和JDK。Name：项目名称，用于唯一标识一个项目，这里设置为chapter01。Location：位置，用于指定项目的存储位置或文件保存的路径，这里设置为“D:\project”。Language：语言，这里指定要使用的编程语言，这里选择Java作为主要语言。Bulidsystem，构建系统，用于管理项目构建和依赖管理的工具，这里使用IDEA自带的构建系统。JDK：选择当前项目基于的JDK，这里选择1.2节安装的JDK17。1.创建Java项目1.4.2

使用IDEA进行程序开发在创建项目界面设置完所有参数后，单击“Create”，进入IDEA工作台。1.创建Java项目1.4.2

使用IDEA进行程序开发在IDEA工作台中，选中左侧导航栏的src文件夹后鼠标右击，弹出操作选项菜单，如下图所示。2.创建Java类1.4.2

使用IDEA进行程序开发在操作选项菜单中，选择“New”→“JavaClass”，会弹出一个新建Java类的对话框。2.创建Java类1.4.2

使用IDEA进行程序开发在新建Java类的对话框中，选择Class，并在输入框中输入类名HelloWorld，然后按下“Enter”键完成类的创建，进入IDEA的开发界面。2.创建Java类1.4.2

使用IDEA进行程序开发可以看到，在IDEA的开发界面默认打开了HelloWorld.java文件，可以在文本编辑器视图中编辑对应的文件内容。在文本编辑器视图中编写一个Java程序，如下图所示。3.编写程序代码1.4.2

使用IDEA进行程序开发在IDEA这样的集成开发环境，它使用了内置的编译器和构建工具，能够自动将源代码编译成字节码文件，因此无需手动进行编译。4.运行程序编写好Java程序后，在文本编辑器视图中，单击HelloWorld.java文件中第1行或第2行前面的按钮，运行HelloWorld程序，如右图所示。1.4.2

使用IDEA进行程序开发在文本编辑器视图中，单击“Run‘HelloWorld.main()’”选项，运行HelloWorld程序，运行结果会在控制台显示，如下图所示。4.运行程