Java语言教程

Java是一种广泛使用的编程语言，具有跨平台、面向对象、安全、高性能等特点。自1995年由Sun Microsystems发布以来，Java已经成为企业级应用、移动应用、Web开发等领域的主流编程语言。本教程将从Java的基础语法、面向对象编程、异常处理、集合框架、多线程等方面进行详细介绍，帮助初学者快速掌握Java编程。

一、Java简介

1.1 Java的历史

Java由James Gosling等人于1991年开发，最初命名为Oak，后来更名为Java。1995年，Sun Microsystems正式发布Java 1.0版本。Java的设计初衷是“一次编写，到处运行”，即通过Java虚拟机（JVM）实现跨平台运行。

1.2 Java的特点

• 跨平台性：Java程序通过JVM运行，可以在任何支持JVM的平台上执行。
• 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、多态等特性。
• 安全性：Java提供了多层次的安全机制，如字节码验证、安全管理器等。
• 高性能：通过即时编译（JIT）技术，Java程序的执行效率接近C++。
• 丰富的类库：Java标准库提供了大量的类和接口，支持各种应用开发。

1.3 Java的应用领域

• 企业级应用：如ERP、CRM等。
• Web开发：如Servlet、JSP、Spring等框架。
• 移动应用：如Android应用开发。
• 大数据：如Hadoop、Spark等。
• 云计算：如微服务、容器化技术等。

二、Java开发环境搭建

2.1 JDK安装

JDK（Java Development Kit）是Java开发工具包，包含了Java编译器、JVM、类库等。可以从Oracle官网下载并安装适合自己操作系统的JDK版本。

2.2 环境变量配置

安装完成后，需要配置环境变量，以便在命令行中直接使用Java命令。

• Windows：在系统环境变量中添加JAVA_HOME，指向JDK的安装目录，并将%JAVA_HOME%\bin添加到Path变量中。
• Linux/Mac：在~/.bashrc或~/.zshrc文件中添加export JAVA_HOME=/path/to/jdk和export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH。

2.3 开发工具

常用的Java开发工具有：

• Eclipse：开源的集成开发环境（IDE），支持插件扩展。
• IntelliJ IDEA：功能强大的商业IDE，社区版免费。
• NetBeans：开源的IDE，适合初学者。

三、Java基础语法

3.1 Hello World

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

• public class HelloWorld：定义一个公共类，类名与文件名一致。
• public static void main(String[] args)：程序的入口方法，JVM从这里开始执行。
• System.out.println("Hello, World!");：输出字符串到控制台。

3.2 数据类型

Java的数据类型分为基本类型和引用类型。

• 基本类型：byte、short、int、long、float、double、char、boolean。
• 引用类型：类、接口、数组等。

3.3 变量与常量

• 变量：用于存储数据，可以重新赋值。

  int age = 25;

• 常量：一旦赋值，不可更改。

  final double PI = 3.14159;

3.4 运算符

Java支持多种运算符，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符等。

int a = 10;
int b = 20;
int sum = a + b; // 加法
boolean isEqual = (a == b); // 相等比较

3.5 控制语句

• 条件语句：if、else、switch。

  if (a > b) {
    System.out.println("a is greater");
  } else {
    System.out.println("b is greater");
  }

• 循环语句：for、while、do-while。

  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(i);
  }

四、面向对象编程

4.1 类与对象

• 类：是对象的模板，定义了对象的属性和方法。

  class Person {
    String name;
    int age;
  
    void sayHello() {
        System.out.println("Hello, my name is " + name);
    }
  }

• 对象：是类的实例。

  Person person = new Person();
  person.name = "Alice";
  person.age = 25;
  person.sayHello();

4.2 封装

封装是将对象的属性和方法隐藏起来，只通过公共接口访问。

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

4.3 继承

继承是子类继承父类的属性和方法。

class Student extends Person {
    String school;

    void study() {
        System.out.println("Studying at " + school);
    }
}

4.4 多态

多态是指同一个方法在不同对象中有不同的实现。

class Animal {
    void sound() {
        System.out.println("Animal sound");
    }
}

class Dog extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("Bark");
    }
}

Animal myDog = new Dog();
myDog.sound(); // 输出 "Bark"

五、异常处理

5.1 异常分类

Java中的异常分为两类：

• 检查异常：如IOException，必须捕获或声明抛出。
• 非检查异常：如NullPointerException，可以不处理。

5.2 try-catch-finally

try {
    int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("Division by zero");
} finally {
    System.out.println("Cleanup");
}

5.3 自定义异常

class MyException extends Exception {
    MyException(String message) {
        super(message);
    }
}

throw new MyException("Custom exception");

六、集合框架

6.1 常用集合类

• List：有序集合，允许重复元素。如ArrayList、LinkedList。
• Set：无序集合，不允许重复元素。如HashSet、TreeSet。
• Map：键值对集合。如HashMap、TreeMap。

6.2 示例

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Apple");
set.add("Banana");

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("Apple", 1);
map.put("Banana", 2);

七、多线程

7.1 线程创建

• 继承Thread类

  class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("Thread running");
    }
  }
  
  MyThread thread = new MyThread();
  thread.start();

• 实现Runnable接口

  class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("Thread running");
    }
  }
  
  Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
  thread.start();

7.2 线程同步

class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

八、总结

本教程详细介绍了Java的基础语法、面向对象编程、异常处理、集合框架、多线程等内容。通过本教程的学习，读者应能够掌握Java的基本编程技能，并能够进行简单的应用开发。Java作为一种强大的编程语言，拥有广泛的应用领域和丰富的类库支持，是学习和掌握编程技能的理想选择。希望本教程能够帮助读者在Java编程的道路上迈出坚实的*步。