Java 基础教程

知识结构

第一章: Java 入门

1.1 什么是 Java

Java 是一门面向对象的编程语言，由 Sun Microsystems（现属于 Oracle）于 1995 年发布。Java 的设计理念是”一次编写，到处运行”（Write Once, Run Anywhere），这意味着 Java 程序可以在任何安装了 Java 虚拟机（JVM）的平台上运行。

Java 的特点：

• 跨平台性：通过 JVM 实现跨平台运行
• 面向对象：支持封装、继承、多态
• 安全性：内置安全机制，如自动内存管理
• 健壮性：强类型检查、异常处理机制
• 多线程：内置多线程支持

1.2 JDK、JRE 和 JVM 的关系

理解这三个概念是学习 Java 的第一步：

+------------------------------------------+
|                  JDK                      |
|  +------------------------------------+  |
|  |              JRE                   |  |
|  |  +------------------------------+  |  |
|  |  |           JVM                |  |  |
|  |  |  - 执行字节码                 |  |  |
|  |  |  - 内存管理                   |  |  |
|  |  |  - 垃圾回收                   |  |  |
|  |  +------------------------------+  |  |
|  |  + 核心类库 (rt.jar)              |  |  |
|  +------------------------------------+  |
|  + 开发工具 (javac, java, jar...)       |
+------------------------------------------+

• JVM（Java Virtual Machine）：Java 虚拟机，负责执行 Java 字节码
• JRE（Java Runtime Environment）：Java 运行时环境 = JVM + 核心类库，用于运行 Java 程序
• JDK（Java Development Kit）：Java 开发工具包 = JRE + 开发工具，用于开发 Java 程序

简单记忆：开发 Java 程序需要 JDK，运行 Java 程序需要 JRE

1.3 Java 程序的编译与运行

Java 程序从源代码到执行经历以下步骤：

源代码(.java) --> 编译(javac) --> 字节码(.class) --> 执行(java/JVM) --> 结果

1. 编写：创建 .java 源文件
2. 编译：使用 javac 命令将源文件编译为 .class 字节码文件
3. 运行：使用 java 命令让 JVM 执行字节码

1.4 Hello World

让我们编写第一个 Java 程序：

代码解析：

public class Main {           // 定义一个公共类，类名必须与文件名相同
    public static void main(String[] args) {  // 主方法，程序入口
        System.out.println("Hello, World!");  // 输出语句
    }
}

• public class Main：定义一个名为 Main 的公共类
• public static void main(String[] args)：主方法，程序从这里开始执行
  • public：公共的，任何地方都可以访问
  • static：静态的，不需要创建对象就可以调用
  • void：无返回值
  • main：方法名，JVM 约定的入口方法名
  • String[] args：命令行参数数组
• System.out.println()：打印输出并换行

第二章: 数据类型

Java 是强类型语言，每个变量在使用前必须声明其类型。Java 的数据类型分为两大类：基本类型和引用类型。

2.1 基本数据类型

Java 有 8 种基本数据类型：

2.2 引用数据类型

引用类型包括：类（Class）、接口（Interface）、数组（Array）。最常用的引用类型是 String。

2.3 类型转换

自动类型转换（隐式转换）

当把小范围类型赋值给大范围类型时，Java 会自动转换：

byte -> short -> int -> long -> float -> double
              char -^

强制类型转换（显式转换）

当把大范围类型赋值给小范围类型时，需要强制转换，可能会丢失精度：

2.4 变量与常量

第三章: 运算符

3.1 算术运算符

3.2 关系运算符

3.3 逻辑运算符

3.4 位运算符

3.5 赋值运算符与三元运算符

第四章: 控制流

4.1 if-else 条件语句

4.2 switch 语句

4.3 for 循环

4.4 while 和 do-while 循环

4.5 for-each 循环

4.6 break 和 continue

第五章: 数组

5.1 一维数组

5.2 多维数组

第六章: 方法

6.1 方法定义与调用

6.2 方法重载

方法重载（Overload）是指在同一个类中，方法名相同但参数列表不同。

6.3 可变参数

6.4 递归

6.5 参数传递

第七章: 面向对象编程

7.1 类与对象

7.2 封装

7.3 继承

7.4 多态

7.5 静态成员

第八章: 接口与抽象类

8.1 抽象类

8.2 接口

8.3 抽象类 vs 接口

第九章: 异常处理

9.1 异常体系

Throwable
├── Error (严重错误，不应捕获)
│   ├── OutOfMemoryError
│   ├── StackOverflowError
│   └── ...
└── Exception (可处理的异常)
    ├── RuntimeException (运行时异常，非检查异常)
    │   ├── NullPointerException
    │   ├── ArrayIndexOutOfBoundsException
    │   ├── ArithmeticException
    │   └── ...
    └── 其他 Exception (检查异常)
        ├── IOException
        ├── SQLException
        └── ...

9.2 try-catch-finally

9.3 throw 和 throws

第十章: 内部类

Java 支持在一个类的内部定义另一个类，称为内部类（Inner Class）。内部类可以访问外部类的所有成员，包括私有成员。

10.1 成员内部类

10.2 静态内部类

10.3 局部内部类

10.4 匿名内部类

10.5 内部类总结

第十一章: 泛型

11.1 泛型类

11.2 泛型方法

11.3 类型通配符

第十二章: 集合框架

12.1 List 接口

12.2 Set 接口

12.3 Map 接口

12.4 Queue 和 Deque

第十三章: Lambda 表达式

13.1 函数式接口

13.2 常用函数式接口

13.3 方法引用

第十四章: Stream API

14.1 创建 Stream

14.2 中间操作

14.3 终端操作

14.4 Collectors 工具类

第十五章: 常用类

15.1 String 与 StringBuilder

15.2 包装类

15.3 日期时间 API (Java 8+)

总结

本教程涵盖了 Java 编程语言的核心知识：

1. 基础语法：数据类型、运算符、控制流、数组、方法
2. 面向对象：类与对象、封装、继承、多态、接口与抽象类
3. 异常处理：try-catch-finally、自定义异常
4. 泛型：泛型类、泛型方法、类型通配符
5. 集合框架：List、Set、Map、Queue
6. 函数式编程：Lambda 表达式、方法引用
7. Stream API：创建流、中间操作、终端操作
8. 常用类：String、包装类、日期时间 API

掌握这些核心概念后，你就拥有了 Java 编程的坚实基础，可以进一步学习更高级的主题，如多线程、网络编程、数据库操作等。