清华大学Java课件l

Java课程概述本课程涵盖Java编程语言的基础知识，包括语法、数据类型、控制流程、面向对象编程等。学生将学习如何使用Java编写程序，并通过各种练习和项目，培养解决问题的能力和编程技巧。Java语言特点跨平台性Java代码可编译成字节码，可在任何安装了Java虚拟机（JVM）的平台上运行。面向对象Java是一种纯粹的面向对象编程语言，支持封装、继承和多态等特性。安全Java具有安全机制，例如字节码验证、沙箱机制等，有效防止恶意代码的执行。健壮性Java提供垃圾回收机制，自动管理内存，减少内存泄漏的可能性，提高代码的稳定性。Java的发展历程起源Java最初由SunMicrosystems的JamesGosling领导的团队于1991年开发。早期版本1995年，Java1.0发布，主要用于网络应用程序开发。快速发展Java1.1加入了反射和内部类等新功能，并开始流行起来。跨平台Java的“一次编写，到处运行”的特性使其成为跨平台开发的理想选择。开源2007年，SunMicrosystems将Java开源，促进了其发展和普及。最新版本目前最新版本是Java19，持续更新以满足不断变化的技术需求。基本语法与语义1关键字Java语言包含一组保留字，用于定义语言结构。2标识符标识符用于命名变量、类、方法等元素，遵循特定规则。3数据类型Java语言提供基本数据类型，用于表示不同类型的数据。4运算符运算符用于执行各种操作，例如算术、比较、逻辑运算。数据类型和变量基本数据类型Java语言提供了八种基本数据类型，例如：整数、浮点数、字符和布尔值。这些类型表示不同类型的数值和字符。变量声明使用关键字“var”来声明变量，并为其指定一个类型和名称。变量存储程序运行期间的值。数据类型转换可以将不同数据类型之间的值进行转换，但需要谨慎处理以避免数据丢失或精度问题。运算符与表达式算术运算符Java支持常见的算术运算符，例如加号、减号、乘号和除号。比较运算符比较运算符用于比较两个操作数的值，例如大于、小于、等于、不等于。逻辑运算符逻辑运算符用于组合多个布尔表达式，例如与、或、非。赋值运算符赋值运算符将一个值赋给一个变量，例如等于号。程序流程控制1顺序结构程序按照代码的顺序逐行执行，是最基本的控制结构，没有分支或循环。2分支结构根据条件判断的结果，选择执行不同的代码块，例如if-else语句，switch语句。3循环结构重复执行一段代码，直到满足特定条件为止，包括for循环、while循环和do-while循环。数组与排序1数组概念存储相同类型数据的集合2数组操作创建、访问、修改、遍历3排序算法冒泡排序、插入排序、选择排序4高级排序归并排序、快速排序、堆排序Java数组是一种数据结构，用于存储相同类型的一组数据。数组提供了一种高效的方式来管理和访问数据，并支持多种操作，包括创建、访问、修改和遍历。面向对象基础封装隐藏对象的内部实现细节，只暴露必要的接口，提高代码的安全性。继承子类继承父类的属性和方法，实现代码复用，并扩展新的功能。多态同一个方法可以根据不同的对象调用产生不同的结果，提高代码的灵活性。面向对象设计原则11.单一职责原则每个类只负责一个特定的功能，避免职责分散，提高代码的可维护性和可复用性。22.开放封闭原则对扩展开放，对修改封闭。通过接口或抽象类进行扩展，避免修改现有代码，保证代码稳定性。33.里氏替换原则子类可以替换父类，保证程序的正常运行，避免代码的错误和风险。44.依赖倒置原则依赖于抽象，而不是具体实现。通过接口或抽象类进行依赖，提高代码的灵活性和可扩展性。类的定义与封装1类定义定义类的属性和方法2封装隐藏数据，提供访问接口3访问控制控制属性和方法的访问权限4构造方法初始化类的实例5成员变量存储类的属性类的定义是Java面向对象编程的核心。封装是将数据和操作数据的代码捆绑在一起，保护数据，提高代码的可维护性。继承与多态继承继承是面向对象编程的核心概念之一。它允许创建新的类，称为子类，继承现有类的属性和方法，称为父类。子类可以扩展父类的功能，并添加新的属性和方法。多态多态性允许程序员使用相同的方法名，但执行不同的操作，具体取决于对象的类型。这提高了代码的可读性和可维护性。代码示例通过继承和多态，可以创建更灵活和可扩展的代码，并减少重复代码。异常处理异常类型运行时错误逻辑错误资源错误异常处理机制try-catch语句捕捉异常，进行处理。finally块无论异常是否被捕获，finally块始终执行。抛出异常使用throw关键字手动抛出异常。文件操作文件读写Java提供了多种类库，例如InputStream、OutputStream、FileReader、FileWriter等，用于实现文件读写操作。这些类库提供了一系列方法，方便开发者进行文件读写操作。文件操作类Java中常用的文件操作类包括File类，用于创建、删除、重命名、获取文件信息等操作。此外，RandomAccessFile类提供了随机访问文件的强大功能。文件系统访问Java提供了File类来访问文件系统，开发者可以轻松地创建、删除、重命名文件和目录，以及获取文件和目录的属性信息。集合框架数据结构Java集合框架提供了多种数据结构，例如列表、集合、映射等。每种数据结构都有自己的优势和劣势，适合不同的使用场景。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类都是通用的，可以处理不同类型的数据。使用泛型，可以保证类型安全，并提高代码的可读性和可维护性。效率Java集合框架提供了多种算法和数据结构，以确保高效的数据操作。对于不同的使用场景，可以选择最合适的集合类，以提高应用程序的性能。泛型编程代码重用泛型编程通过使用类型参数来编写代码，使代码更具通用性，可用于不同数据类型。类型安全泛型编程可以帮助避免类型错误，提高代码的安全性，减少调试时间。集合框架Java集合框架大量使用了泛型，使集合类能够处理不同类型的对象，提高代码的灵活性和可维护性。线程编程1线程创建与启动使用Thread类创建线程对象，并调用start()方法启动线程。2线程同步使用synchronized关键字或Lock接口实现线程同步，确保共享资源的安全性。3线程通信使用wait()、notify()、notifyAll()方法实现线程间通信，协调线程执行。4线程池使用线程池管理线程，提高程序效率，降低资源消耗。线程编程是Java语言的重要特性之一，它允许程序同时执行多个任务，提高程序效率。Java提供了丰富的线程编程工具，包括Thread类、Runnable接口、synchronized关键字、Lock接口等。网络编程1网络通信模型Java提供了丰富的网络编程API，包括Socket类、DatagramSocket类和URL类等。Socket类用于建立基于TCP/IP的连接，DatagramSocket类用于建立基于UDP的连接，URL类用于访问网络资源。2网络协议Java支持多种网络协议，包括TCP、UDP、HTTP、FTP等。可以根据不同的应用场景选择合适的协议。3网络编程应用Java网络编程可以用于开发各种网络应用，例如网络聊天软件、Web服务器、FTP客户端等。学习网络编程可以帮助你深入理解网络通信原理，并开发出功能强大的网络应用。JavaGUI编程JavaGUI编程使用Swing和AWT库创建图形用户界面。Swing提供了丰富的组件，例如按钮、文本框、下拉菜单、表格等，可用于构建各种交互式应用程序。JavaGUI编程允许开发者创建具有视觉吸引力和用户友好界面的应用程序，以增强用户体验。Swing图形界面Swing是Java提供的用于创建图形用户界面的工具包。它包含丰富的组件库，例如按钮、文本框、列表框等。Swing具有跨平台性，可以在不同操作系统上保持一致的外观和行为。Swing基于MVC架构，将界面设计、数据模型和业务逻辑分离，提高了代码的可维护性和可扩展性。Swing提供灵活的布局管理器，可以轻松地定制界面布局，满足各种需求。JavaBean组件可重用性JavaBean组件是可重用、可移植的软件组件，可以轻松地集成到不同的应用程序中。可视化设计JavaBean组件可以用于可视化开发环境中，允许开发人员拖放组件以构建用户界面。属性和方法JavaBean组件通过属性和方法来定义其行为，允许应用程序与组件进行交互。Applet小程序什么是Applet?Applet是一个小的Java程序，可以在网页浏览器中运行。Applet的运行机制当用户访问包含Applet的网页时，浏览器会下载并运行Applet。Applet的代码Applet的代码是用Java语言编写，并打包成JAR文件。Applet的安全性Applet运行在一个沙箱环境中，限制了其访问系统资源的能力，确保安全。JDBC数据库编程JDBC概述JDBC是一种JavaAPI，允许程序员连接到各种数据库。JDBC提供了一种标准方法，以独立于数据库的方式访问数据库。核心概念驱动程序连接语句结果集连接数据库通过JDBC驱动程序建立与数据库的连接。使用连接对象执行SQL语句，例如查询、插入、更新和删除数据。操作数据使用PreparedStatement对象执行预编译的SQL语句。使用ResultSet对象检索查询结果，并将其映射到Java对象。单元测试与调试单元测试测试代码的最小单元，例如单个方法或类。验证代码是否按预期工作提高代码质量和稳定性调试查找和修复代码中的错误。使用调试器逐行执行代码查看变量的值和代码执行路径测试框架JUnit、TestNG等框架简化了测试过程。创建和运行测试用例提供断言和测试结果报告Java中的设计模式11.结构型模式结构型模式关注类和对象的组合，例如适配器模式、桥接模式和装饰器模式。22.行为型模式行为型模式关注类和对象之间的交互和职责分配，例如模板方法模式、观察者模式和策略模式。33.创建型模式创建型模式关注对象的创建过程，例如工厂模式、抽象工厂模式和单例模式。JavaEEWeb开发Servlet技术Servlet是JavaEE中用于处理Web请求的核心技术，提供了一种标准机制来创建动态Web内容。JSP技术JSP（JavaServerPages）允许在HTML中嵌入Java代码，使页面更加动态和交互性强，适合开发展示型Web页面。JSF技术JSF（JavaServerFaces）是一个基于组件的Web框架，简化了Web应用开发过程，使开发人员专注于业务逻辑。EJB技术EJB（EnterpriseJavaBeans）提供了用于构建企业级Java应用的组件模型，包含会话Bean、实体Bean和消息驱动的Bean。常见框架与工具Spring框架Spring是一个开源框架，它为企业级Java应用程序提供了全面的基础架构支持。Hibernate框架Hibernate是一个开源的ORM框架，它简化了Java应用程序与关系型数据库的交互。Maven构建工具Maven是一个项目管理和构建工具，它简化了Java项目的构建、依赖管理和发布过程。Maven项目管理依赖管理Maven提供强大的依赖管理功能，通过POM文件定义项目的依赖关系。Maven从中央仓库或私服下载依赖的库文件，自动解决依赖冲突。构建生命周期Maven定义了一套标准的构建生命周期，包含编译、测试、打包、部署等阶段。用户可以通过插件扩展Maven功能，实现自定义的构建过程。未来发展趋势1云原生Java正积极拥抱云原生技术，提供更强的可移植性，优化容器化部署，提升微服务架构的适应能力。2人工智能Java在机器学习和深度学习方面发挥重要作用