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### Java基础知识概述 #### 1. 前言 Java是一种广泛使用的面向对象的编程语言，因其跨平台性、安全性和强大的功能而受到欢迎。Java的设计理念是“一次编写，到处运行”，这意味着编写的Java程序可以在任何安装了Java虚拟机(JVM)的设备上运行。 #### 1.1 Java的特点 - **面向对象**：Java是一种纯粹的面向对象的语言，几乎所有的数据都是以对象的形式来表示。 - **平台无关性**：通过Java虚拟机(JVM)，使得Java程序能够在多种平台上运行。 - **安全性**：Java具有强大的安全机制，能够防止恶意代码的攻击。 - **高性能**：虽然Java是一种解释性语言，但其性能优化技术使其接近于编译型语言。 - **简单性**：Java语言设计简洁明了，易于学习和使用。 - **健壮性**：Java拥有严格的错误检测机制，有助于开发健壮的应用程序。 #### 1.2 运行原理 Java程序的运行分为几个阶段： 1. **编写**：使用文本编辑器编写源代码。 2. **编译**：使用`javac`命令将源代码编译成字节码(.class文件)。 3. **加载与执行**：通过Java虚拟机(JVM)加载字节码并解释执行。 #### 1.3 Java目录结构 Java开发环境通常包括以下几个关键目录： - **src**：存放源代码。 - **bin**：存放编译后的字节码文件。 - **lib**：存放库文件。 #### 2. 基础知识 ##### 2.1 配置环境 为了能够顺利地进行Java开发，需要正确配置Java开发环境。这包括安装Java Development Kit (JDK)、设置环境变量等步骤。 ##### 2.2 Java中基本概念 - **类(Class)**：定义了一组属性和方法，用于描述一类事物的特征和行为。 - **对象(Object)**：类的实例，每个对象都具有特定的状态和行为。 - **方法(Method)**：函数在Java中的另一种说法，用来执行特定任务的一段代码。 - **包(Package)**：用于组织类和接口的命名空间。 #### 3. 定义、关键字和类型 ##### 3.1 注释的三种形式 - **单行注释**：使用`//`符号。 - **多行注释**：使用`/* ... */`符号。 - **文档注释**：使用`/** ... */`符号，常用于生成文档。 ##### 3.2 Java代码中的符号 - **分号**：表示语句的结束。 - **大括号**：用来分组代码块。 - **双引号**：用于字符串。 ##### 3.3 标识符 标识符是用来标识类名、变量名、方法名等的名称。Java中标识符遵循一定的规则： - 必须以字母、下划线或美元符号开始。 - 后续字符可以是字母、数字、下划线或美元符号。 - 区分大小写。 ##### 3.4 数据类型 Java支持以下几种数据类型： - **基本类型**：如int、float、char等。 - **引用类型**：如类、数组等。 ##### 3.5 命名规则 - 类名首字母大写。 - 变量名首字母小写。 - 方法名首字母小写，采用驼峰命名法。 #### 4. 表达式和控制流 ##### 4.1 变量和作用域 - **变量**：存储值的容器。 - **作用域**：变量的有效范围。 - **局部变量**：在方法、构造函数或块内声明的变量。 - **成员变量**：在类体中声明的变量。 ##### 4.2 操作符 Java支持多种操作符，包括算术操作符、比较操作符、逻辑操作符等。 ##### 4.3 数字类型之间的转换 - **自动类型提升**：当两个操作数的类型不同且其中一个为较小的数据类型时，会自动提升到较大的数据类型。 - **显式类型转换**：通过`(类型)`进行类型转换。 ##### 4.4 控制流 Java提供了多种控制流语句，如if-else、switch-case、for循环、while循环等。 #### 5. 数组 数组是存储相同类型元素的有序集合。Java支持一维数组和多维数组。 - **声明数组**：指定数组的类型和名称。 - **创建数组**：使用`new`关键字分配内存空间。 - **初始化数组**：为数组中的元素赋值。 - **多维数组**：数组的数组。 - **数组拷贝**：通过`System.arraycopy()`方法复制数组。 #### 6. 对象和类 ##### 6.1 面向对象与面向过程 面向对象编程(OOP)是一种编程范式，它强调使用对象来表示和处理问题域中的实体。与之相对的是面向过程编程，它侧重于函数和过程。 ##### 6.2 对象的概念 对象是类的实例，包含了该类的所有属性和方法。 ##### 6.3 成员变量和局部变量 - **成员变量**：定义在类中的变量。 - **局部变量**：定义在方法或代码块中的变量。 ##### 6.4 成员方法 成员方法是在类中定义的方法，用于实现类的行为。 ##### 6.5 This关键字 `this`关键字代表当前对象的引用，常用于区分成员变量和局部变量。 ##### 6.6 访问控制符 Java提供了四种访问修饰符：`public`、`private`、`protected`和`default`，用于控制类、方法和变量的可见性。 ##### 6.7 构造方法 构造方法是一种特殊的方法，用于初始化对象。 ##### 6.8 封装 封装是指隐藏对象的内部细节，并仅通过公共接口访问这些对象的能力。 ##### 6.9 方法的重载 方法重载是指在同一类中定义多个同名方法，但参数列表不同。 #### 7. 高级语言特性 ##### 7.1 封装 封装是OOP的一个基本原则，旨在保护对象的状态，并通过公共接口提供对外部的访问。 ##### 7.2 继承 - **继承特点**：Java支持单一继承，但一个类可以通过实现多个接口来模拟多重继承。 - **父类与子类的关系**：子类继承父类的属性和方法，并可添加新的方法或覆盖已有的方法。 - **构造对象的顺序**：首先构造父类对象，然后构造子类对象。 ##### 7.3 多态 多态允许子类对象被当作父类对象来处理，增强了代码的灵活性和扩展性。 - **方法覆盖**：子类重写父类的方法。 - **多态分类**：编译时多态和运行时多态。 - **运行时多态的三原则**：替换原则、保护原则、安全原则。 - **`instanceof`运算符**：判断对象是否属于某个类或接口的实例。 ##### 7.4 静态变量、方法和类 - **静态变量**：属于类级别的变量，所有对象共享。 - **静态方法**：不依赖于对象实例的方法。 - **静态类**：不允许实例化，所有成员必须为静态。 ##### 7.5 Singleton模式 Singleton模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 ##### 7.6 final关键字 - **final变量**：一旦被赋值后不可更改。 - **final方法**：不允许被子类覆盖。 - **final类**：不能被继承。 - **String类**：String类中的字符串一旦创建后不能更改，其实现了`final`关键字。 ##### 7.7 抽象类 抽象类包含一个或多个抽象方法，不能被实例化。 ##### 7.8 接口 接口定义了一组方法签名，用于规范实现类的行为。 ##### 7.9 Object类 Object类是所有类的基类，提供了如`toString()`、`equals()`等方法。 ##### 7.10 封装类 封装类用于包装基本类型，提供了更丰富的功能。 ##### 7.11 内部类 - **内部类分类**：成员内部类、局部内部类、静态内部类、匿名内部类。 - **成员内部类**：作为外部类的成员。 - **局部内部类**：定义在方法或代码块中。 - **静态内部类**：静态成员内部类，不依赖于外部类实例。 - **匿名内部类**：没有名字的内部类，通常用于实现接口或继承抽象类。 ##### 7.12 集合 - **集合接口类层次**：如`Collection`、`Set`、`List`等。 - **集合类层次**：如`ArrayList`、`LinkedList`、`HashSet`等。 - **常用集合的区别和联系**：不同集合类的特点及适用场景。 ##### 7.13 反射 反射允许在运行时获取类的信息并操纵对象。 #### 8. 异常 异常处理是Java中的一个重要特性，用于处理程序运行过程中发生的错误情况。 - **异常基本概念**：异常是在程序执行过程中发生的问题。 - **捕获异常**：使用try-catch语句块来捕获异常。 - **处理异常**：可以抛出异常或者在catch块中处理异常。 - **多个异常**：可以在一个try语句后面跟多个catch块。 - **finally声明**：无论是否发生异常都会执行的代码块。 - **异常调用栈**：异常发生时的调用栈信息。 - **异常层次**：Java中的异常类层次结构。 - **未检查的异常**：运行时异常，不需要显式处理。 - **自定义异常**：通过继承`Exception`类或其子类来创建自定义异常。 - **抛出异常**：通过`throw`语句主动抛出异常。 #### 9. 图形用户接口 Java提供了Swing和JavaFX等框架来创建GUI应用程序。 #### 10. AWT（Abstract Window Toolkit） AWT是Java早期提供的图形用户界面工具包。 #### 11. The AWT Component Library AWT组件库提供了创建图形用户界面的基本组件。 #### 12. JFC（Java Foundation Classes） JFC是Java中用于构建图形用户界面的组件集。 #### 13. Applets Applet是一种嵌入网页中的小型Java应用程序。 #### 14. 线程 Java中的线程允许同时执行多个任务。 - **线程原理**：线程是操作系统调度的最小单位。 - **实现方式**：通过继承`Thread`类或实现`Runnable`接口。 - **生命周期**：新建、就绪、运行、阻塞、死亡。 - **线程方法**：如`start()`、`run()`、`join()`等。 - **并发处理**：多个线程访问共享资源时需要注意同步问题。 - **互斥锁**：使用`synchronized`关键字或其他同步机制来控制线程对共享资源的访问。 #### 15. 标准I/O流与文件 Java提供了强大的I/O处理能力。 - **文件操作**：读取、写入、删除等操作。 - **跨平台性**：Java的文件操作不受操作系统限制。 - **序列化接口**：用于将对象转换为字节流以便持久化。 - **I/O流基础**：如InputStream、OutputStream等。 - **流的分类**：字节流和字符流。 - **输入输出**：读取和写入文件。 #### 16. 网络编程 Java支持多种网络通信协议，如TCP/IP和UDP。 - **网络基础知识**：IP地址、端口号等概念。 - **TCPSocket**：基于TCP协议的套接字编程。 - **建立TCP服务器端**：监听客户端连接请求。 - **建立TCP客户端**：向服务器发起连接请求。 - **建立URL连接**：通过URL进行网络访问。 - **UDPsocket**：基于UDP协议的套接字编程。 - **建立UDP发送端**：发送数据包。 - **建立UDP接收端**：接收数据包。 #### 17. Java 5.0的新特性 - **泛型**：通过泛型，可以编写类型安全的容器类。 - **增强的for循环**：提供了一种简化迭代的方式。 - **枚举类型**：提供了一种定义一组固定常量的方法。 - **自动装箱/拆箱**：允许自动在基本类型和对应的包装类之间进行转换。 - **静态导入**：可以静态导入类中的静态成员，简化代码。 - **可变参数**：方法可以接受任意数量的同类型参数。 以上是Java的基础知识和高级特性的概述。Java是一门功能强大且灵活的编程语言，适用于各种应用场景。掌握这些核心概念和技术将有助于开发者更好地利用Java来解决问题。