个人笔记--JAVA基础

### 个人笔记--JAVA基础 #### 一、初识Java **1.1. Java语言是什么** Java是一种广泛使用的高级编程语言，由Sun Microsystems于1995年发布。它被设计为简单、面向对象、分布式、解释型、健壮、安全、与体系结构无关、可移植、高性能、多线程和支持动态的网络计算环境。Java的目标之一是让程序员能够“编写一次，到处运行”（Write Once, Run Anywhere, WORA），这得益于其平台无关性的特点。 **1.2. Java的历史** Java的历史可以追溯到1991年，当时Sun Microsystems的一个项目团队开始开发一种名为Oak的新编程语言，旨在用于消费电子设备。由于市场需求变化，Sun将其目标转向了互联网应用，并将Oak重新命名为Java。1995年，随着网络浏览器插件HotJava的发布，Java正式成为了一种广受欢迎的编程语言。之后，Java不断进化和发展，成为企业级应用开发的标准之一。 **1.3. Java的版本** Java主要有两个主要版本：标准版（Java Standard Edition, Java SE）和企业版（Java Enterprise Edition, Java EE）。此外，还有针对移动设备的Java Micro Edition (Java ME)。自2006年起，Java采用代号进行版本管理，如Java 6、Java 7等，目前最新版本为Java 17及以上。每个版本都包含了新特性和改进，以适应不断变化的技术需求。 **1.4. Java的语言特性** Java具有多种特性，包括简单性、面向对象、平台无关性、健壮性、安全性、多线程支持以及动态性。这些特性使得Java不仅易于学习，而且能够构建高度复杂的应用程序。 **1.5. 开发环境搭建与配置** 为了开始Java编程，需要安装Java Development Kit (JDK)。JDK包含了编译器、解释器和其他必要的工具。此外，还可以选择使用集成开发环境（IDE）来简化开发过程。常见的IDE有Eclipse、IntelliJ IDEA等。 **1.6. API帮助文档** Java API文档是Java开发者的重要资源，提供了所有Java标准库的详细说明，包括类、接口、枚举和异常等的使用方法。 **1.7. 集成开发工具** - **1.7.1. 常用的集成开发工具** - Eclipse - IntelliJ IDEA - NetBeans - JDeveloper - Visual Studio Code (通过插件支持) - **1.7.2. Eclipse详解** Eclipse是一款开源的集成开发环境，支持多种编程语言，包括Java。它具有强大的编辑功能、调试工具和扩展能力。 - **1.7.3. Eclipse常用设置** - 工作空间配置 - 编辑器设置 - 构建路径调整 - **1.7.4. Eclipse常用快捷键** - Ctrl + Space (内容辅助) - Ctrl + Shift + O (组织导入) - Ctrl + D (删除行) #### 二、Java语言基础 **2.1. Java主类结构** Java程序通常包含一个main方法作为入口点。例如： ```java public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello, World!"); } } ``` **2.2. 数据类型** - **2.2.1. 基础数据类型** - 整型：byte、short、int、long - 浮点型：float、double - 字符型：char - 布尔型：boolean - **2.2.2. 类型的转换优先级** - 自动提升：byte → short → char → int → long → float → double - 强制类型转换：需要显式指定类型转换，可能会导致数据丢失。 - **2.2.3. 自动类型转换** - 当两个不同类型的变量相加时，较小的数据类型会被提升到较大的数据类型。 - 例如：`int a = 10; byte b = 2; int c = a + b;` - **2.2.4. 强制类型转换** - 显式地将一个类型的值转换为另一种类型。 - 例如：`int a = 10; byte b = (byte)a;` **2.3. 转义字符** Java支持多种转义字符，如`\n`(换行)、`\t`(制表符)、`\"`(双引号)等，用于在字符串中插入特殊字符。 **2.4. 标识符与关键字** - **标识符**：用于命名变量、类、方法等。应遵循一定的命名规则，如不能以数字开头、区分大小写等。 - **关键字**：Java中的保留字，用于表示特定的操作或控制结构，如`class`、`public`、`static`等。 **2.5. 变量与常量** - **2.5.1. 常量** - 使用`final`关键字定义不可变的变量。 - 通常用全大写字母表示。 - **2.5.2. 变量** - 定义变量时需要指定数据类型。 - 变量可以在任何作用域内声明，但只能在其声明的作用域内访问。 **2.6. 运算符** - **2.6.1. 赋值运算符与算数运算符** - `=`用于赋值 - `+`、`-`、`*`、`/`、`%`用于算术运算 - **2.6.2. 关系运算符** - `<`、`>`、`<=`、`>=`、`==`、`!=`用于比较两个值之间的关系。 - **2.6.3. 逻辑运算符** - `&&`、`||`、`!`用于逻辑判断。 - **2.6.4. 位运算符** - `&`、`|`、`^`、`~`、`<<`、`>>`、`>>>`用于位级别的操作。 - **2.6.5. 条件运算符** - `?:`三元运算符，根据条件表达式的值返回不同的结果。 - **2.6.6. 运算符的优先级** - Java中的运算符有不同的优先级，如乘法优先于加法。 **2.7. 条件语句** - **2.7.1. if语句** - 单分支结构，根据条件执行相应的代码块。 - **2.7.2. ifelse语句** - 双分支结构，如果条件成立则执行if块，否则执行else块。 - **2.7.3. If……elseif……else语句** - 多分支结构，根据多个条件执行不同的代码块。 - **2.7.4. 嵌套的if语句** - 在一个if语句中嵌套另一个if语句，实现更复杂的条件判断。 - **2.7.5. switch分支结构** - 根据变量的值执行不同的代码块，适用于多个条件的情况。 **2.8. 循环语句** - **2.8.1. while循环** - 当条件为真时重复执行代码块。 - **2.8.2. do…while循环** - 至少执行一次循环体，然后根据条件决定是否继续循环。 - **2.8.3. for循环结构及执行顺序** - 初始化、条件判断、更新三个部分依次执行。 - **2.8.4. 增强for循环（foreach）** - 用于遍历数组或集合，语法更简洁。 - **2.8.5. break关键字** - 用于提前退出循环。 - **2.8.6. continue关键字** - 用于跳过当前循环的剩余部分，直接进入下一次循环。 - **2.8.7. return关键字** - 用于从方法中返回值并结束该方法的执行。 - **2.8.8. 多重循环** - 在一个循环中嵌套另一个循环，实现更加复杂的迭代操作。 **2.9. 数组** - **2.9.1. 什么是数组** - 数组是一种基本的数据结构，用于存储相同类型的一系列元素。 - **2.9.2. 数组的应用** - 存储和操作一系列同类型的数据。 - **2.9.3. 使用Arrays类操作数组** - 提供了多种方法来操作数组，如排序、查找等。 - **2.9.4. 数组常用算法** - 排序算法：冒泡排序、快速排序等。 - 查找算法：二分查找等。 - **2.9.5. 多维数组** - 数组的数组，用于存储二维或多维数据。 **2.10. 代码注释与代码规范** - **代码注释** - 单行注释：`//` - 多行注释：`/* */` - 文档注释：`/** */` - **代码规范** - 遵循统一的编码风格，如命名规则、缩进等。 - 保持代码清晰易读，合理使用空行和空白字符。 #### 三、面向对象 **3.1. 类和对象** - **3.1.1. 类和对象的关系** - 类是对象的模板，对象是类的具体实例。 - 对象具有状态（属性）和行为（方法）。 - **3.1.2. 类** - 定义了一组共同属性和方法的模板。 - **3.1.3. 对象（万物皆对象）** - 具体的实例，由类创建而来。 - **3.1.4. 属性和方法** - 属性用于描述对象的状态。 - 方法用于描述对象的行为。 - **3.1.5. 成员变量(属性)和局部变量** - 成员变量定义在类中，可以在整个类的方法中使用。 - 局部变量定义在方法中，仅在该方法的作用域内有效。 - **3.1.6. 构造方法** - 特殊的方法，用于初始化对象的状态。 - **3.1.7. 方法重载** - 同一个类中可以有多个同名方法，只要它们的参数列表不同即可。 - **3.1.8. 迭代与递归** - 迭代通过循环实现。 - 递归通过方法自身调用实现。 - **3.1.9. 访问修饰符** - `public`、`protected`、`private`、`default`，用于控制类、属性和方法的访问级别。 - **3.1.10. this关键字的使用** - 指向当前对象的引用。 - **3.1.11. static关键字的使用** - 用于定义静态变量或方法，不依赖于对象实例存在。 - **3.1.12. final关键字的使用** - 用于定义不可修改的变量或方法。 - **3.1.13. 类的初始化加载顺序** - 类加载时，首先初始化静态变量，然后初始化非静态变量，最后执行构造方法。 **3.2. 封装** - **封装**是指隐藏对象的实现细节，只暴露必要的接口。封装提高了代码的安全性和可维护性。 **3.3. 继承extends** - **3.3.1. super关键字** - 用于访问父类中的方法或属性。 - **3.3.2. Object** - 所有Java类的根类，提供了一些基本的方法如toString()、equals()等。 **3.4. 重写** - **3.4.1. 方法重写的规则** - 必须是在子类中重写父类的方法。 - 方法名、参数列表和返回类型必须完全相同。 - 访问修饰符不能比父类更严格。 - **3.4.2. 重载与重写** - 重载发生在同一个类中，方法名相同但参数列表不同。 - 重写发生在子类与父类之间，方法名、参数列表和返回类型必须相同。 **3.5. 多态** - **3.5.1. 多态的优点** - 提高代码的可复用性。 - 提升程序的灵活性。 - **3.5.2. 多态存在的必要条件** - 继承：存在父类和子类。 - 重写：子类重写了父类的方法。 - 上转型：子类对象以父类引用类型出现。 - **3.5.3. 转型** - `向上转型`：子类对象引用父类类型。 - `向下转型`：父类对象引用子类类型，需要进行类型检查。 **3.6. 抽象abstract** - **3.6.1. 抽象类** - 包含抽象方法的类称为抽象类，不能被实例化。 - 抽象方法没有方法体，子类必须实现所有的抽象方法。 - **3.7. 接口Interface** - **3.7.1. 接口特性** - 接口定义了一组方法签名，没有实现细节。 - 接口可以被多个类实现，实现接口的类必须实现其中的所有方法。 - **3.7.2. 接口的声明interface** - 使用`interface`关键字声明接口。 - **3.7.3. 接口的实现implements** - 类实现接口时，需要使用`implements`关键字。 - **3.7.4. 使用原则** - 接口用于定义行为规范。 - 实现接口的类必须提供具体实现。 - **3.7.5. 抽象类和接口** - 抽象类可以包含实现细节，接口只定义方法签名。 - 类只能继承一个抽象类，但可以实现多个接口。 **3.8. 内部类** - **3.8.1. 为什么要使用内部类？** - 内部类可以更好地访问外部类的成员变量和方法。 - 可以创建与外部类关联更紧密的类。 - **3.8.2. 内部类的特性** - 内部类可以访问外部类的私有成员。 - 内部类本身可以是抽象的或具体的。 - **3.8.3. 内部类的分类** - 成员内部类 - 局部内部类 - 静态内部类 - 匿名内部类 - **3.8.4. 内部类的使用** - 创建内部类的实例时，需要先创建外部类的实例。 **3.9. 面向对象设计** - **3.9.1. 面向对象设计的七大原则** - 单一职责原则：一个类只负责一项职责。 - 开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。 - 里氏替换原则：子类可以替换父类出现在父类能够出现的任何地方。 - 依赖倒置原则：高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象。 - 接口隔离原则：客户端不应该依赖它不需要的接口。 - 迪米特法则：一个对象应该对其他对象有尽可能少的了解。 - 合成复用原则：尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。 - **3.9.2. 面向对象设计的三大优势** - 可复用性：通过封装、继承和多态提高代码的复用性。 - 可维护性：良好的设计有助于降低维护成本。 - 扩展性：容易添加新的功能而不会影响现有代码。 #### 四、Java异常及异常处理机制 **4.1. 关键字** - `try`：用于包裹可能抛出异常的代码块。 - `catch`：用于捕捉并处理异常。 - `finally`：无论是否发生异常都会执行的代码块。 - `throw`：手动抛出异常。 - `throws`：声明方法可能抛出的异常。 **4.2. 什么是异常** 异常是指程序在运行过程中发生的错误或意外情况，它可以被捕获和处理，从而避免程序崩溃。 **4.3. 什么是异常处理** 异常处理是一种机制，用于识别和响应运行时错误。Java的异常处理机制主要包括try-catch-finally语句和throws声明。 **4.4. 异常的分类** - **编译时异常**（Checked Exceptions）：必须在编译时处理的异常。 - **运行时异常**（Runtime Exceptions）：在运行时发生的异常，通常由程序逻辑错误引起。 **4.5. Java中常见的异常** - `NullPointerException`：试图访问空对象的成员。 - `ArrayIndexOutOfBoundsException`：数组索引越界。 - `IOException`：输入输出操作相关的异常。 - `ClassNotFoundException`：找不到类。 **4.6. 使用try-catch-finally捕获异常** ```java try { // 可能抛出异常的代码 } catch (Exception e) { // 异常处理 } finally { // 清理资源 } ``` **4.7. 使用throws声明异常** 当方法可能抛出异常但不想在该方法中处理时，可以使用`throws`关键字声明。 ```java public void divide(int a, int b) throws ArithmeticException { int result = a / b; } ``` **4.8. 使用throw抛出异常** 手动抛出异常时，使用`throw`关键字。 ```java if (a == 0) { throw new ArithmeticException("除数不能为零"); } ``` **4.9. 自定义异常** 可以通过继承`Exception`类或其子类来创建自定义异常。 ```java public class MyException extends Exception { public MyException(String message) { super(message); } } ``` **4.10. 类Exception的常用方法** - `getMessage()`：获取异常消息。 - `printStackTrace()`：打印异常堆栈跟踪。 - `getCause()`：获取导致此异常的原始原因。 **4.11. 异常处理原则** - 尽量避免抛出异常。 - 不要忽略异常，总是进行适当的处理。 - 使用异常来处理异常情况，而不是控制流。 #### 五、设计模式 **5.1. 什么是模式** 设计模式是解决特定问题的通用解决方案。它不是完成任务的具体代码，而是指导如何解决问题的模板。 **5.2. 设计模式分类** - **5.2.1. 创建型模式** - 单例模式：确保一个类只有一个实例。 - 工厂模式：提供创建对象的接口。 - 抽象工厂模式：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口。 - 建造者模式：将一个复杂对象的构建与其表示分离。 - 原型模式：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。 - **5.2.2. 结构型模式** - 适配器模式：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。 - 桥接模式：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。 - 装饰器模式：动态地给一个对象添加一些额外的职责。 - 代理模式：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。 - 组合模式：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。 - 外观模式：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。 - 享元模式：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 - **5.2.3. 行为型模式** - 策略模式：定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以相互替换。 - 模板方法模式：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。 - 观察者模式：定义了对象间的一种一对多的依赖关系。 - 命令模式：将一个请求封装为一个对象，从而使用户可用不同的请求来参数化对象。 - 责任链模式：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。 - 迭代器模式：提供一种方法访问一个容器对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。 - 中介者模式：定义一个中介对象来封装一系列的对象交互。 - 备忘录模式：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。 - 状态模式：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。 - 访问者模式：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。 - 解释器模式：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。 **5.3. 单例模式** - **5.3.1. 什么是单例模式** - 单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 - **5.3.2. 简介** - 单例模式的核心是构造函数私有化，同时提供一个静态方法获取唯一实例。 Java是一门功能强大且灵活的编程语言，具有丰富的特性和广泛的应用领域。通过对Java基础知识的学习，开发者能够掌握如何使用Java来开发高质量的软件产品。无论是初学者还是有经验的开发者，都能够从Java的基础知识中获得有价值的见解。