《jaa程序設(shè)計(jì)》課件

《Java程序設(shè)計(jì)》課程簡介本課程旨在幫助學(xué)生掌握J(rèn)ava編程語言的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用技巧。課程內(nèi)容涵蓋Java語言基礎(chǔ)語法、面向?qū)ο缶幊?、?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、常用API等。什么是Java?面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Java是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，這意味著它將程序組織成對(duì)象，對(duì)象包含數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的代碼。Java的面向?qū)ο筇匦钥梢蕴岣叽a的可重用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。跨平臺(tái)Java采用“一次編寫，到處運(yùn)行”的理念，這意味著用Java編寫的程序可以在任何支持Java的平臺(tái)上運(yùn)行，而無需修改。Java虛擬機(jī)(JVM)使Java程序能夠在不同的平臺(tái)上運(yùn)行，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)抽象層，將底層平臺(tái)差異屏蔽。Java語言的發(fā)展歷程Java語言的誕生和發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)重要階段，每個(gè)階段都對(duì)Java技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。1JavaSE17最新版本，提供現(xiàn)代化功能和性能改進(jìn)2JavaSE8引入lambda表達(dá)式和流API，增強(qiáng)開發(fā)效率3JavaSE1.5泛型、自動(dòng)裝箱/拆箱等特性，提升代碼安全性4JavaSE1.1加入了AWT和JDBC，擴(kuò)展了Java的應(yīng)用領(lǐng)域5Java1.0第一個(gè)正式版本，奠定了Java語言的基礎(chǔ)Java語言的發(fā)展伴隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用需求的變化，不斷完善和擴(kuò)展，成為了世界上最受歡迎的編程語言之一。Java的基本特性面向?qū)ο驤ava是一種完全面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，它將代碼組織成類和對(duì)象，并利用封裝、繼承和多態(tài)等特性實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和可維護(hù)性。平臺(tái)無關(guān)性Java編譯器將源代碼編譯成字節(jié)碼，可在任何擁有Java虛擬機(jī)（JVM）的平臺(tái)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“一次編寫，到處運(yùn)行”的跨平臺(tái)特性。安全性Java提供了安全機(jī)制，例如字節(jié)碼驗(yàn)證、沙箱和安全管理器，以防止惡意代碼的執(zhí)行。健壯性Java通過垃圾回收、異常處理和類型檢查等機(jī)制，提高了程序的健壯性和可靠性。開發(fā)Java程序的環(huán)境搭建1安裝Java開發(fā)工具包(JDK)下載并安裝與您的操作系統(tǒng)兼容的JDK版本。Oracle官網(wǎng)OpenJDK官網(wǎng)2配置環(huán)境變量將JDK的安裝路徑添加到系統(tǒng)環(huán)境變量中，以便在任何位置使用Java命令。設(shè)置JAVA_HOME變量將%JAVA_HOME%\bin添加到PATH變量3選擇集成開發(fā)環(huán)境(IDE)選擇一個(gè)適合您的開發(fā)風(fēng)格和需求的IDE，例如Eclipse、IntelliJIDEA或NetBeans。創(chuàng)建新項(xiàng)目編寫和運(yùn)行Java程序基本數(shù)據(jù)類型和變量整型整型用于表示沒有小數(shù)部分的數(shù)字，例如：10、-20、0。浮點(diǎn)型浮點(diǎn)型用于表示包含小數(shù)部分的數(shù)字，例如：3.14、-2.5、0.0。布爾型布爾型用于表示真或假，只有兩個(gè)值：true和false。字符型字符型用于表示單個(gè)字符，例如：'A'、'b'、'!'。運(yùn)算符和表達(dá)式1算術(shù)運(yùn)算符Java語言支持加、減、乘、除、取模等基本算術(shù)運(yùn)算。2關(guān)系運(yùn)算符關(guān)系運(yùn)算符用于比較兩個(gè)操作數(shù)的大小，結(jié)果為布爾值。3邏輯運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符用于對(duì)布爾表達(dá)式進(jìn)行組合，結(jié)果也是布爾值。4賦值運(yùn)算符賦值運(yùn)算符用于將右邊的值賦予左邊的變量。程序控制語句—if-else條件判斷if語句根據(jù)條件的真假執(zhí)行不同的代碼塊。例如，如果用戶輸入的密碼正確，則允許登錄；否則顯示錯(cuò)誤信息。分支執(zhí)行else語句用于在if條件不滿足時(shí)執(zhí)行另一段代碼。例如，如果年齡小于18歲，則顯示“未成年人”；否則顯示“成年人”。嵌套結(jié)構(gòu)if-else語句可以嵌套使用，形成更復(fù)雜的條件判斷邏輯。例如，判斷成績等級(jí)，可以先判斷是否及格，再根據(jù)具體分?jǐn)?shù)劃分等級(jí)。程序控制語句—switch1switch語句根據(jù)表達(dá)式的值選擇執(zhí)行代碼塊。2case標(biāo)簽匹配switch表達(dá)式的值。3break語句跳出switch語句。4default標(biāo)簽當(dāng)所有case標(biāo)簽都不匹配時(shí)執(zhí)行。switch語句提供了一種高效的方式，根據(jù)表達(dá)式的值選擇執(zhí)行不同的代碼塊。通過case標(biāo)簽，可以匹配switch表達(dá)式的值，并執(zhí)行相應(yīng)的代碼。break語句用于跳出switch語句，避免執(zhí)行后續(xù)的case代碼塊。default標(biāo)簽用于當(dāng)所有case標(biāo)簽都不匹配時(shí)執(zhí)行，提供了一個(gè)默認(rèn)的處理方式。循環(huán)語句—for、while和do-while1for循環(huán)循環(huán)次數(shù)已知2while循環(huán)循環(huán)次數(shù)未知3do-while循環(huán)至少執(zhí)行一次for、while和do-while是Java中最常用的循環(huán)語句。for循環(huán)適用于循環(huán)次數(shù)已知的場景，while循環(huán)適用于循環(huán)次數(shù)未知的場景，do-while循環(huán)保證循環(huán)語句至少執(zhí)行一次。數(shù)組數(shù)據(jù)集合數(shù)組是存儲(chǔ)相同類型數(shù)據(jù)的容器，可以存儲(chǔ)多個(gè)值，可以是數(shù)值、字符串或其他類型的數(shù)據(jù)。索引訪問每個(gè)元素都有唯一的索引，從0開始，可以通過索引訪問和修改數(shù)組中的元素。長度固定數(shù)組一旦創(chuàng)建，其長度就固定，無法在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)改變。方法定義與調(diào)用方法是Java程序代碼的組織和復(fù)用單位。方法定義了代碼塊，可根據(jù)需要調(diào)用執(zhí)行。方法調(diào)用將控制權(quán)傳遞給定義的方法，執(zhí)行方法中的代碼，完成后返回調(diào)用處。1方法定義使用關(guān)鍵字`public`、`private`等訪問修飾符控制方法的訪問權(quán)限。方法定義包括返回值類型、方法名、參數(shù)列表和方法體。2方法調(diào)用使用方法名和實(shí)際參數(shù)進(jìn)行方法調(diào)用。3參數(shù)傳遞Java參數(shù)傳遞采用值傳遞機(jī)制，傳遞的是參數(shù)值的副本。方法重載與遞歸方法重載同一類中，多個(gè)方法可以擁有相同名稱，但參數(shù)列表不同。編譯器根據(jù)參數(shù)列表選擇調(diào)用的方法。方法遞歸方法自身調(diào)用自身，遞歸調(diào)用需要有明確的結(jié)束條件，避免無限循環(huán)。常見應(yīng)用階乘計(jì)算斐波那契數(shù)列樹形結(jié)構(gòu)遍歷類和對(duì)象的基本概念類類是對(duì)象的藍(lán)圖，定義了對(duì)象的屬性和方法。對(duì)象對(duì)象是類的實(shí)例，擁有類定義的屬性和方法。創(chuàng)建對(duì)象使用類創(chuàng)建對(duì)象的過程稱為實(shí)例化。類的封裝和訪問控制數(shù)據(jù)隱藏封裝將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法綁定在一起，隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，僅暴露必要接口。保護(hù)數(shù)據(jù)安全，防止外部代碼隨意修改數(shù)據(jù)，提高代碼的可維護(hù)性和可重用性。訪問控制Java提供了四種訪問控制符：public、protected、default和private。控制類、成員變量和方法的訪問權(quán)限，確保代碼的安全性，提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。繼承代碼復(fù)用繼承是面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍睿试S創(chuàng)建新的類并繼承現(xiàn)有類的屬性和方法。這樣可以重復(fù)使用代碼，提高開發(fā)效率。類層次結(jié)構(gòu)子類繼承父類，形成一個(gè)清晰的類層次結(jié)構(gòu)，提高代碼可讀性和可維護(hù)性。方法重寫子類可以重寫父類的方法，實(shí)現(xiàn)更具體的實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)多態(tài)性。多態(tài)11.多態(tài)的概念多態(tài)是指同一個(gè)方法可以根據(jù)不同的對(duì)象類型而執(zhí)行不同的操作。它可以提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。22.多態(tài)的實(shí)現(xiàn)多態(tài)可以通過接口和繼承來實(shí)現(xiàn)，接口定義了方法的規(guī)范，子類繼承父類或?qū)崿F(xiàn)接口時(shí)可以重寫方法以實(shí)現(xiàn)多態(tài)。33.多態(tài)的優(yōu)點(diǎn)多態(tài)可以使代碼更加靈活、可擴(kuò)展、易于維護(hù)，并提高代碼的可讀性。內(nèi)部類定義在另一個(gè)類內(nèi)部的類內(nèi)部類可以訪問外部類的所有成員，即使是私有成員。提高代碼組織性內(nèi)部類可以將相關(guān)的代碼邏輯封裝在一起，提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。創(chuàng)建匿名類內(nèi)部類可以用來創(chuàng)建匿名類，即沒有名字的類，適用于只使用一次的類。訪問權(quán)限內(nèi)部類可以訪問外部類的私有成員，但外部類無法訪問內(nèi)部類的私有成員。異常處理異常概念程序執(zhí)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致程序異常終止。異常處理機(jī)制用于捕獲和處理異常，使程序可以繼續(xù)運(yùn)行。異常處理機(jī)制try-catch語句塊用來捕獲異常，catch塊用于處理異常。finally塊在任何情況下都會(huì)執(zhí)行，用于釋放資源。接口定義接口是Java中的一種抽象類型，它定義了一組方法的規(guī)范，但沒有實(shí)現(xiàn)。抽象方法接口中的方法都是抽象方法，沒有方法體，需要在實(shí)現(xiàn)接口的類中實(shí)現(xiàn)這些方法。多繼承Java允許類實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，從而實(shí)現(xiàn)多繼承的功能，擴(kuò)展了類的功能。規(guī)范接口定義了類必須實(shí)現(xiàn)的方法，確保了代碼的規(guī)范性和一致性。包組織代碼將相關(guān)的類和接口組織在一起，方便管理和維護(hù)。命名空間避免命名沖突，提供代碼的邏輯結(jié)構(gòu)。訪問控制控制包內(nèi)外的類和成員的訪問權(quán)限。常用API類11.字符串處理類String類是最常用的API類之一，提供了豐富的字符串操作方法，例如字符串拼接、查找、替換等。22.日期和時(shí)間類Date和Calendar類提供了日期和時(shí)間操作方法，例如獲取當(dāng)前日期、時(shí)間，格式化日期等。33.集合類List、Set和Map是常用的集合類，提供了存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的方法，例如添加、刪除、查找等。44.輸入輸出流類InputStream和OutputStream是常用的輸入輸出流類，提供了讀取和寫入數(shù)據(jù)的方法，例如文件讀寫、網(wǎng)絡(luò)通信等。IO流字節(jié)流字節(jié)流是Java中處理數(shù)據(jù)的基本方式，以字節(jié)為單位進(jìn)行讀寫操作，適用于處理各種類型的數(shù)據(jù)，例如圖像、音頻和視頻文件。字符流字符流用于處理字符數(shù)據(jù)，以字符為單位進(jìn)行讀寫操作，適用于處理文本文件等以字符為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。文件操作IO流廣泛用于文件操作，包括讀取文件內(nèi)容、寫入數(shù)據(jù)到文件以及創(chuàng)建、刪除和重命名文件。網(wǎng)絡(luò)操作IO流在網(wǎng)絡(luò)通信中扮演重要角色，用于發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，例如HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)。多線程編程11.并發(fā)執(zhí)行多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行，提高程序效率。22.資源共享多個(gè)線程可以共享同一資源，例如內(nèi)存或文件。33.線程同步控制多個(gè)線程對(duì)共享資源的訪問，避免數(shù)據(jù)沖突。44.線程通信多個(gè)線程之間可以相互通信，實(shí)現(xiàn)協(xié)作完成任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)編程網(wǎng)絡(luò)協(xié)議Java提供對(duì)TCP/IP協(xié)議的支持服務(wù)器和客戶端構(gòu)建服務(wù)器和客戶端程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換Web應(yīng)用開發(fā)使用Servlet、JSP等技術(shù)構(gòu)建Web應(yīng)用套接字通過套接字進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信Servlet編程什么是Servlet?Servlet是運(yùn)行在Web服務(wù)器上的Java程序，用于處理客戶端請(qǐng)求和生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁內(nèi)容。它們是構(gòu)建動(dòng)態(tài)網(wǎng)站和應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。Servlet的生命周期Servlet的生命周期包括初始化、處理請(qǐng)求和銷毀三個(gè)階段，了解生命周期對(duì)于理解Servlet的工作原理至關(guān)重要。ServletAPIServletAPI提供了一組接口和類，用于創(chuàng)建、配置和管理Servlet，并與Web服務(wù)器進(jìn)行交互。應(yīng)用場景Servlet廣泛用于處理表單提交、數(shù)據(jù)庫訪問、用戶身份驗(yàn)證等任務(wù)，是構(gòu)建各種Web應(yīng)用程序的強(qiáng)大工具。數(shù)據(jù)庫編程連接數(shù)據(jù)庫使用JDBCAPI連接數(shù)據(jù)庫，并創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接。獲取數(shù)據(jù)庫連接后，使用SQL語句執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作。數(shù)據(jù)操作增刪改查數(shù)據(jù)，使用PreparedStatement執(zhí)行SQL語句，防止SQL注入。使用ResultSet對(duì)象獲取查詢結(jié)果，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為Java對(duì)象。JavaWeb應(yīng)用開發(fā)綜合案例通過綜合案例，展示JavaWeb應(yīng)用開發(fā)的完整流程。案例可涉及電商網(wǎng)站、博客系統(tǒng)、論壇系統(tǒng)、在線教育平臺(tái)等。重點(diǎn)演示如何將Java技術(shù)與數(shù)據(jù)庫、前端框架、服務(wù)器技術(shù)等結(jié)合，構(gòu)建完整的Web應(yīng)用。Java技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)云計(jì)算Java在云計(jì)算環(huán)境中發(fā)揮著重要作用，支持各種云平臺(tái)和微服務(wù)架構(gòu)。大數(shù)據(jù)和人工智能Java被廣泛用于大數(shù)據(jù)