Java知识大补汤

一、.基础知识

Java 简介：Java 的历史、特点、版本发展。

1. 什么是Java？

Java 是一种广泛使用的面向对象编程语言，由 Sun Microsystems 公司在 1995 年 5 月推出，主要由 James Gosling 和他的同事们共同研发。2010 年，随着 Sun Microsystems 被 Oracle 公司收购，Java 也成为了 Oracle 公司的产品。Java 的设计理念是“一次编写，到处运行”（Write Once, Run Anywhere, WORA），这意味着编写的 Java 程序可以在任何支持 Java 的平台上运行，而无需重新编译。

2. Java 的特点

简单性：Java 的语法与 C++ 类似，但去除了 C++ 中的一些复杂和容易出错的特性，如指针和多继承，使得 Java 更加简单易学。

面向对象：Java 是一种纯面向对象的语言，支持封装、继承和多态等面向对象的概念。

分布式：Java 设计之初就考虑到了网络应用的需求，提供了丰富的网络编程接口，如 Socket、URL 和 RMI（远程方法调用）。

解释型：Java 程序首先被编译成字节码（.class 文件），然后在 Java 虚拟机（JVM）上解释执行。

健壮性：Java 通过严格的类型检查、异常处理机制和垃圾回收机制，确保程序的健壮性和稳定性。

安全性：Java 提供了多层次的安全机制，如类加载器、字节码验证和安全管理器，确保程序的安全性。

平台无关性：Java 通过 JVM 实现了“一次编写，到处运行”的理念，使得 Java 程序可以在不同的平台上运行。

可移植性：Java 严格规定了各个基本数据类型的长度，确保了程序的可移植性。

高性能：尽管 Java 是解释型语言，但通过 JIT（Just-In-Time）编译器技术，Java 的性能已经接近于 C++。

多线程：Java 内置了多线程支持，使得开发并发程序更加容易。

动态性：Java 支持动态加载类，可以适应不断变化的环境。

1991年：Sun 公司成立了一个名为“Green”的项目组，目标是开发一种用于消费性电子产品的编程语言，最初命名为 Oak。

3、Java的发展历程

1992年：Oak 语言开发成功，但由于市场需求不足，项目被搁置。

1994年：随着互联网的兴起，Sun 公司决定将 Oak 语言应用于互联网编程，开发了可以嵌入网页的小程序（Applet）。

1995年5月23日：Sun 公司在 SunWorld 会议上正式发布了 Java 和 HotJava 浏览器，将 Oak 语言更名为 Java。

1996年1月：Sun 公司发布了 Java 的第一个开发工具包（JDK 1.0）。

1997年2月：JDK 1.1 发布，引入了内省（Introspection）和反射（Reflection）机制。

1998年12月8日：发布了 J2EE（Java 2 Platform, Enterprise Edition），为企业级应用提供了支持。

1999年6月：Sun 公司发布了 J2SE（Java 2 Platform, Standard Edition）、J2EE 和 J2ME（Java 2 Platform, Micro Edition），分别针对桌面、企业和嵌入式应用。

2005年6月：JavaOne 大会上，Sun 公司发布了 Java SE 6，取消了版本号中的“2”。

2006年11月13日：Sun 公司宣布将 Java 技术作为免费软件对外发布。

2009年：Oracle 公司宣布收购 Sun Microsystems，Java 成为 Oracle 的产品。

2010年：Java 编程语言的共同创始人之一詹姆斯·高斯林从 Oracle 公司辞职。

2011年：Oracle 公司发布了 Java 7，引入了多个新特性。

2014年：Oracle 公司发布了 Java 8，引入了 Lambda 表达式和 Stream API。

2017年9月22日：Java 9 正式发布，引入了模块化系统（Jigsaw 项目）。

2024年3月20日：Oracle 正式发布 Java 22，带来了数千种改进，包括对 Java 语言、API 和性能的增强。

4、Java可以用来干什么

Web 应用开发：Java 是开发企业级 Web 应用程序的主流语言，常用的框架有 Spring、Hibernate、Struts 等。

移动应用开发：Android 操作系统基于 Java，几乎所有的 Android 应用程序都是用 Java 或 Kotlin（兼容 Java 虚拟机）编写的。

金融服务：Java 在金融服务业广泛应用，许多投资银行和金融机构使用 Java 开发交易系统和数据分析工具。

大数据技术：Hadoop、Elasticsearch 等大数据技术大量使用 Java。

嵌入式系统：Java 在嵌入式设备中也有应用，如智能手表、智能家居设备等。

桌面应用：Java 提供了 AWT、Swing 和 JavaFX 等 GUI 库，用于开发桌面应用程序。

科学计算：Java 由于其强大的功能和安全性，常用于科学计算和数据分析。

游戏开发：虽然 Java 不是游戏开发的首选语言，但一些轻量级游戏和模拟器使用 Java 开发。

开发工具：Eclipse、IntelliJ IDEA、NetBeans 等 IDE（集成开发环境）提供了丰富的功能，帮助开发者高效开发 Java 应用。

构建工具：Maven、Gradle 等构建工具帮助管理项目依赖和构建过程。

测试框架：JUnit、TestNG 等测试框架帮助开发者编写和运行单元测试。

Web 框架：Spring、Spring Boot、Struts、Hibernate 等框架简化了 Web 应用的开发。

持久层框架：Hibernate、MyBatis 等框架帮助开发者管理数据库操作。

二、语法基础

数据类型：基本数据类型、引用数据类型。
基本数据类型是 Java 中最基础的数据类型，它们直接存储值，而不是引用。Java 提供了八种基本数据类型：

整数类型

byte：8 位有符号整数，范围从 -128 到 127。
short：16 位有符号整数，范围从 -32,768 到 32,767。
int：32 位有符号整数，范围从 -2,147,483,648 到 2,147,483,647。
long：64 位有符号整数，范围从 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807。

浮点类型

float：32 位浮点数，精度约为 6-7 位小数。
double：64 位浮点数，精度约为 15 位小数。

字符类型

char：16 位 Unicode 字符，范围从 \u0000 到 \uFFFF。

布尔类型

boolean：表示真或假，只有两个值：true 和 false。

引用数据类型存储的是对象的引用（即内存地址），而不是实际的数据。引用数据类型主要包括以下几种：
1、类（Class）
用户自定义的类，例如：
class Person {String name;int age;
}
接口（Interface）
用户自定义的接口，例如：
interface Animal {void eat();
}
数组（Array）
用于存储多个相同类型的元素，例如：
int[] numbers = new int[5];
String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};
枚举（Enum）
用于定义一组固定的常量，例如：
enum Day {MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}
字符串（String）
用于表示文本，实际上是不可变的字符序列，例如：
String message = "Hello, World!";
示例代码

下面是一些示例代码，展示了如何使用基本数据类型和引用数据类型：
public class DataTypesExample {public static void main(String[] args) {// 基本数据类型byte b = 10;short s = 100;int i = 1000;long l = 10000L;float f = 23.4f;double d = 12.345;char c = 'A';boolean bool = true;// 输出基本数据类型System.out.println("byte: " + b);System.out.println("short: " + s);System.out.println("int: " + i);System.out.println("long: " + l);System.out.println("float: " + f);System.out.println("double: " + d);System.out.println("char: " + c);System.out.println("boolean: " + bool);// 引用数据类型String str = "Hello, Java!";Person person = new Person();person.name = "Alice";person.age = 30;int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};Day day = Day.MONDAY;// 输出引用数据类型System.out.println("String: " + str);System.out.println("Person: " + person.name + ", " + person.age);System.out.println("Array: " + java.util.Arrays.toString(numbers));System.out.println("Enum: " + day);}
}class Person {String name;int age;
}enum Day {MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}
基本数据类型：直接存储值，占用固定大小的内存空间。
引用数据类型：存储的是对象的引用（内存地址），实际数据存储在堆内存中。

理解这两种数据类型的区别和使用场景对于编写高效、正确的 Java 程序非常重要。希望这些内容对你有所帮助！如果有任何疑问，欢迎继续提问。。

变量：声明、初始化、作用域。

1. 变量的声明

变量的声明是指指定变量的名称和数据类型。语法如下：
dataType variableName;
例如：
int age;
double salary;
char grade;
boolean isStudent;
2. 变量的初始化

变量的初始化是指给变量赋一个初始值。可以在声明变量的同时进行初始化，也可以在声明之后再初始化。

在声明时初始化
int age = 25;
double salary = 5000.0;
char grade = 'A';
boolean isStudent = true;
在声明后初始化
int age;
age = 25;double salary;
salary = 5000.0;char grade;
grade = 'A';boolean isStudent;
isStudent = true;
3. 变量的作用域

变量的作用域决定了变量在代码中的可见性和生命周期。Java 中主要有以下几种作用域：

局部变量（Local Variables）

局部变量是在方法、构造方法或块中声明的变量。它们的作用域仅限于声明它们的方法、构造方法或块内。
public class LocalVariableExample {public void printNumbers() {int number = 10; // 局部变量System.out.println(number);}
}
实例变量（Instance Variables）

实例变量是在类中声明但在方法、构造方法或块之外声明的变量。每个对象都有自己的一份实例变量副本。
public class InstanceVariableExample {int number; // 实例变量public void setNumber(int num) {number = num;}public int getNumber() {return number;}
}
静态变量（Static Variables）

静态变量是在类中使用 static 关键字声明的变量。它们属于类本身，而不是类的实例。所有对象共享同一个静态变量。
public class StaticVariableExample {static int count = 0; // 静态变量public StaticVariableExample() {count++;}public static int getCount() {return count;}
}
参数变量（Parameter Variables）

参数变量是在方法声明中作为参数传递的变量。它们的作用域仅限于方法内部。
public class ParameterVariableExample {public void printSum(int a, int b) {int sum = a + b; // 参数变量 a 和 bSystem.out.println(sum);}
}
4、示例代码

下面是一个综合示例，展示了不同类型的变量及其作用域：
public class VariableScopeExample {int instanceVar = 10; // 实例变量public static void main(String[] args) {StaticVariableExample obj1 = new StaticVariableExample();StaticVariableExample obj2 = new StaticVariableExample();System.out.println("Count: " + StaticVariableExample.getCount()); // 输出 2VariableScopeExample example = new VariableScopeExample();example.printNumbers();example.printSum(5, 15);}public void printNumbers() {int localVar = 20; // 局部变量System.out.println("Local variable: " + localVar);System.out.println("Instance variable: " + instanceVar);}public void printSum(int a, int b) {int sum = a + b; // 参数变量 a 和 bSystem.out.println("Sum: " + sum);}
}class StaticVariableExample {static int count = 0; // 静态变量public StaticVariableExample() {count++;}public static int getCount() {return count;}
}
总结

变量的声明：指定变量的名称和数据类型。
变量的初始化：给变量赋一个初始值，可以在声明时或声明后进行。
变量的作用域：
局部变量：在方法、构造方法或块中声明，作用域仅限于声明它们的方法、构造方法或块内。
实例变量：在类中声明但在方法、构造方法或块之外声明，每个对象有自己的副本。
静态变量：在类中使用 static 关键字声明，所有对象共享同一个变量。
参数变量：在方法声明中作为参数传递，作用域仅限于方法内部。

运算符：算术、比较、逻辑、位操作等。

1. 算术运算符（Arithmetic Operators）

算术运算符用于执行基本的数学运算。

加法 (+)：将两个操作数相加。
减法 (-)：将第二个操作数从第一个操作数中减去。
乘法 (*)：将两个操作数相乘。
除法 (/)：将第一个操作数除以第二个操作数。
取模 (%)：返回两个操作数相除后的余数。
自增 (++)：将操作数的值增加1。
自减 (--)：将操作数的值减少1。

示例：
int a = 10;
int b = 3;int sum = a + b;      // 13
int difference = a - b; // 7
int product = a * b;  // 30
int quotient = a / b; // 3
int remainder = a % b; // 1a++; // a 现在是 11
b--; // b 现在是 2
2. 比较运算符（Comparison Operators）

比较运算符用于比较两个操作数的值，结果为布尔值（true 或 false）。

等于 (==)：检查两个操作数是否相等。
不等于 (!=)：检查两个操作数是否不相等。
大于 (>)：检查第一个操作数是否大于第二个操作数。
小于 (<)：检查第一个操作数是否小于第二个操作数。
大于等于 (>=)：检查第一个操作数是否大于或等于第二个操作数。
小于等于 (<=)：检查第一个操作数是否小于或等于第二个操作数。

示例：
int a = 10;
int b = 3;boolean isEqual = a == b;       // false
boolean isNotEqual = a != b;    // true
boolean isGreater = a > b;      // true
boolean isLess = a < b;         // false
boolean isGreaterOrEqual = a >= b; // true
boolean isLessOrEqual = a <= b; // false
3. 逻辑运算符（Logical Operators）

逻辑运算符用于组合多个条件表达式，结果为布尔值。

逻辑与 (&&)：如果两个操作数都为 true，则结果为 true。
逻辑或 (||)：如果两个操作数中至少有一个为 true，则结果为 true。
逻辑非 (!)：反转操作数的布尔值。

示例：
boolean a = true;
boolean b = false;boolean andResult = a && b; // false
boolean orResult = a || b;  // true
boolean notResult = !a;     // false
4. 位运算符（Bitwise Operators）

位运算符用于对整数的二进制形式进行操作。

按位与 (&)：对两个操作数的每一位进行与操作。
按位或 (|)：对两个操作数的每一位进行或操作。
按位异或 (^)：对两个操作数的每一位进行异或操作。
按位非 (~)：对操作数的每一位进行取反操作。
左移 (<<)：将操作数的二进制位向左移动指定的位数。
右移 (>>)：将操作数的二进制位向右移动指定的位数，高位补符号位。
无符号右移 (>>>)：将操作数的二进制位向右移动指定的位数，高位补0。

示例：
int a = 60;  // 0011 1100
int b = 13;  // 0000 1101int andResult = a & b; // 0000 1100 = 12
int orResult = a | b;  // 0011 1101 = 61
int xorResult = a ^ b; // 0011 0001 = 49
int notResult = ~a;    // 1100 0011 = -61 (补码表示)
int leftShift = a << 2;// 1111 0000 = 240
int rightShift = a >> 2;// 0000 1111 = 15
int unsignedRightShift = a >>> 2;// 0000 1111 = 15
5. 赋值运算符（Assignment Operators）

赋值运算符用于将值赋给变量。

简单赋值 (=)：将右边的值赋给左边的变量。
复合赋值运算符：结合了算术运算符和赋值运算符，简化赋值操作。
+=：加法赋值
-=：减法赋值
*=：乘法赋值
/=：除法赋值
%=：取模赋值
&=：按位与赋值
|=：按位或赋值
^=：按位异或赋值
<<=：左移赋值
>>=：右移赋值
>>>=：无符号右移赋值

示例：
int a = 10;a += 5; // a = a + 5; a 现在是 15
a -= 3; // a = a - 3; a 现在是 12
a *= 2; // a = a * 2; a 现在是 24
a /= 4; // a = a / 4; a 现在是 6
a %= 5; // a = a % 5; a 现在是 1
6. 条件运算符（Conditional Operator）

条件运算符是一种三元运算符，用于根据条件选择不同的值。

条件运算符 (? :)：如果条件为 true，则返回第一个表达式的值；否则返回第二个表达式的值。

示例：
int a = 10;
int b = 20;int max = (a > b) ? a : b; // max 现在是 20
7. 其他运算符

类型转换运算符 ((type))：将一个类型转换为另一个类型。
逗号运算符（,）：在一个表达式中顺序执行多个操作，返回最后一个表达式的值。
成员访问运算符（.）：用于访问对象的属性和方法。
数组访问运算符（[]）：用于访问数组的元素。

示例：
int a = 10;
double b = (double) a; // b 现在是 10.0int result = (1, 2, 3); // result 现在是 3class Person {String name;int age;
}Person person = new Person();
person.name = "Alice";
person.age = 30;int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int firstElement = numbers[0]; // firstElement 现在是 1
总结

算术运算符：用于基本的数学运算。
比较运算符：用于比较两个操作数的值。
逻辑运算符：用于组合多个条件表达式。
位运算符：用于对整数的二进制形式进行操作。
赋值运算符：用于将值赋给变量。
条件运算符：用于根据条件选择不同的值。
其他运算符：包括类型转换、逗号、成员访问和数组访问运算符。

流程控制语句

1. 条件语句

if 语句

if 语句用于根据条件的真假来决定是否执行某段代码。

语法：
if (condition) {// 条件为 true 时执行的代码
} else {// 条件为 false 时执行的代码
}
示例：
int age = 20;
if (age >= 18) {System.out.println("你已经成年了。");
} else {System.out.println("你还未成年。");
}
switch 语句

switch 语句用于多分支选择，根据变量的值来执行不同的代码块。

语法：
switch (expression) {case value1:// 当 expression 等于 value1 时执行的代码break;case value2:// 当 expression 等于 value2 时执行的代码break;// 可以有多个 casedefault:// 当 expression 不等于任何一个 case 值时执行的代码
}
示例：
int day = 3;
switch (day) {case 1:System.out.println("星期一");break;case 2:System.out.println("星期二");break;case 3:System.out.println("星期三");break;case 4:System.out.println("星期四");break;case 5:System.out.println("星期五");break;case 6:System.out.println("星期六");break;case 7:System.out.println("星期日");break;default:System.out.println("无效的天数");
}
2. 循环语句

for 语句

for 语句用于重复执行一段代码，直到满足某个条件为止。

语法：
for (initialization; condition; increment/decrement) {// 循环体
}
示例：
for (int i = 1; i <= 5; i++) {System.out.println("i 的值是: " + i);
}
while 语句

while 语句用于在条件为真时重复执行一段代码。

语法：
while (condition) {// 循环体
}
示例：
int i = 1;
while (i <= 5) {System.out.println("i 的值是: " + i);i++;
}
do-while 语句

do-while 语句至少执行一次循环体，然后再判断条件是否为真。

语法：
do {// 循环体
} while (condition);
示例：
int i = 1;
do {System.out.println("i 的值是: " + i);i++;
} while (i <= 5);
3. 跳转语句

break 语句

break 语句用于立即退出循环或 switch 语句。

示例：
for (int i = 1; i <= 10; i++) {if (i == 5) {break; // 当 i 等于 5 时退出循环}System.out.println("i 的值是: " + i);
}
continue 语句

continue 语句用于跳过当前循环的剩余部分，直接进入下一次循环。

示例：
for (int i = 1; i <= 10; i++) {if (i % 2 == 0) {continue; // 当 i 是偶数时跳过本次循环}System.out.println("i 的值是: " + i);
}
return 语句

return 语句用于从方法中返回，可以带有一个返回值（如果方法有返回类型）。

示例：
public int add(int a, int b) {int result = a + b;return result; // 返回结果
}public void printMessage() {System.out.println("Hello, World!");return; // 无返回值的方法也可以使用 return 语句
}
总结

以上是 Java 中常用的流程控制语句，包括条件语句（if 和 switch）、循环语句（for、while 和 do-while）以及跳转语句（break、continue 和 return）。掌握这些语句是编写复杂逻辑和控制程序流程的基础。

数组：一维数组、多维数组、数组遍历

1. 一维数组

一维数组是最简单的数组形式，用于存储一列相同类型的元素。

声明和初始化

声明：
dataType[] arrayName;
初始化：
arrayName = new dataType[arraySize];
或者在声明时直接初始化：
dataType[] arrayName = new dataType[arraySize];
也可以直接赋值：
dataType[] arrayName = {element1, element2, ..., elementN};
示例：
int[] numbers; // 声明
numbers = new int[5]; // 初始化// 或者一步完成声明和初始化
int[] numbers = new int[5];// 直接赋值
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
访问和修改元素

数组索引从 0 开始，最后一个元素的索引是 array.length - 1。

示例：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};// 访问元素
int firstElement = numbers[0]; // 1
int lastElement = numbers[numbers.length - 1]; // 5// 修改元素
numbers[2] = 10; // 将第三个元素修改为 10
遍历一维数组

使用 for 循环：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {System.out.println(numbers[i]);
}
使用增强 for 循环（foreach）：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};for (int number : numbers) {System.out.println(number);
}
2. 多维数组

多维数组可以看作是数组的数组，最常见的是二维数组。

声明和初始化

声明：
dataType[][] arrayName;
初始化：
arrayName = new dataType[rows][columns];
或者在声明时直接初始化：
dataType[][] arrayName = new dataType[rows][columns];
也可以直接赋值：
dataType[][] arrayName = {{element11, element12, ...}, {element21, element22, ...}, ...};
示例：
int[][] matrix; // 声明
matrix = new int[3][3]; // 初始化// 或者一步完成声明和初始化
int[][] matrix = new int[3][3];// 直接赋值
int[][] matrix = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}
};
访问和修改元素

示例：
int[][] matrix = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}
};// 访问元素
int firstElement = matrix[0][0]; // 1
int lastElement = matrix[matrix.length - 1][matrix[0].length - 1]; // 9// 修改元素
matrix[1][1] = 10; // 将第二行第二列的元素修改为 10
遍历多维数组

使用嵌套 for 循环：
int[][] matrix = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}
};for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {System.out.print(matrix[i][j] + " ");}System.out.println();
}
使用增强 for 循环（foreach）：
int[][] matrix = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}
};for (int[] row : matrix) {for (int element : row) {System.out.print(element + " ");}System.out.println();
}
总结

一维数组：用于存储一列相同类型的元素，可以通过索引访问和修改元素，支持使用普通 for 循环和增强 for 循环进行遍历。
多维数组：可以看作是数组的数组，最常见的是二维数组，可以通过嵌套索引访问和修改元素，支持使用嵌套 for 循环和嵌套增强 for 循环进行遍历。

三、面向对象编程

1. 定义类

类是对象的模板，用于描述对象的属性和行为。

示例：
public class Person {// 属性（字段）private String name;private int age;// 构造器public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}// 方法public void sayHello() {System.out.println("Hello, my name is " + name + " and I am " + age + " years old.");}// Getter 和 Setter 方法public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}
2. 创建对象

通过 new 关键字创建类的实例（对象）。

示例：
public class Main {public static void main(String[] args) {Person person = new Person("Alice", 30);person.sayHello(); // 输出: Hello, my name is Alice and I am 30 years old.}
}
3. 构造器

构造器用于在创建对象时初始化对象的状态。

示例：
public class Person {private String name;private int age;// 无参构造器public Person() {this.name = "Unknown";this.age = 0;}// 带参数的构造器public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}
}
4. 访问修饰符

访问修饰符控制类、方法和字段的可见性。
public：公开，任何地方都可以访问。
protected：受保护，同一包内的类或子类可以访问。
默认（无修饰符）：包内可见。
private：私有，仅在本类内可见。
示例：
public class Person {private String name; // 私有字段protected int age;   // 受保护字段public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}
继承

继承允许一个类继承另一个类的属性和方法。

1. extends 关键字

使用 extends 关键字实现继承。

示例：
public class Student extends Person {private String studentId;public Student(String name, int age, String studentId) {super(name, age); // 调用父类的构造器this.studentId = studentId;}public String getStudentId() {return studentId;}public void setStudentId(String studentId) {this.studentId = studentId;}@Overridepublic void sayHello() {System.out.println("Hello, my name is " + getName() + ", I am " + getAge() + " years old, and my student ID is " + studentId);}
}
2. super 关键字

super 关键字用于调用父类的构造器或方法。

示例：
public class Student extends Person {private String studentId;public Student(String name, int age, String studentId) {super(name, age); // 调用父类的构造器this.studentId = studentId;}@Overridepublic void sayHello() {super.sayHello(); // 调用父类的方法System.out.println("My student ID is " + studentId);}
}
3. 方法重写

子类可以重写父类的方法，以提供不同的实现。

示例：
public class Student extends Person {private String studentId;public Student(String name, int age, String studentId) {super(name, age);this.studentId = studentId;}@Overridepublic void sayHello() {System.out.println("Hello, my name is " + getName() + ", I am " + getAge() + " years old, and my student ID is " + studentId);}
}
封装

封装是将数据（属性）和操作数据的方法绑定在一起，并隐藏对象的内部实现细节。

1. private 访问修饰符

使用 private 修饰符隐藏类的内部实现。

示例：
public class Person {private String name;private int age;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}
2. getters 和 setters 方法

提供公共方法来访问和修改私有字段。

示例：
public class Person {private String name;private int age;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}
多态

多态允许子类对象被当作父类对象使用。

1. 接口实现

接口定义了一组方法，但没有具体实现，类通过实现接口来提供具体实现。

示例：
public interface Animal {void makeSound();
}public class Dog implements Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Woof!");}
}public class Cat implements Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Meow!");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal dog = new Dog();Animal cat = new Cat();dog.makeSound(); // 输出: Woof!cat.makeSound(); // 输出: Meow!}
}
2. 抽象类

抽象类不能被实例化，但可以包含抽象方法和具体方法。

示例：
public abstract class Animal {public abstract void makeSound();public void eat() {System.out.println("Eating...");}
}public class Dog extends Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Woof!");}
}public class Cat extends Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Meow!");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal dog = new Dog();Animal cat = new Cat();dog.makeSound(); // 输出: Woof!dog.eat();       // 输出: Eating...cat.makeSound(); // 输出: Meow!cat.eat();       // 输出: Eating...}
}
3. 方法覆盖

子类可以覆盖父类的方法，提供不同的实现。

示例：
public class Animal {public void makeSound() {System.out.println("Some sound...");}
}public class Dog extends Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Woof!");}
}public class Cat extends Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Meow!");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal dog = new Dog();Animal cat = new Cat();dog.makeSound(); // 输出: Woof!cat.makeSound(); // 输出: Meow!}
}
接口

接口定义了一组方法，但没有具体实现，类通过实现接口来提供具体实现。

1. 定义接口

示例：
public interface Animal {void makeSound();
}
2. 实现接口

示例：
public class Dog implements Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Woof!");}
}public class Cat implements Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Meow!");}
}
内部类

内部类是在另一个类内部定义的类。

1. 成员内部类

成员内部类是定义在另一个类内部的非静态类。

示例：
public class OuterClass {private String outerField = "Outer Field";public class InnerClass {public void display() {System.out.println(outerField);}}
}public class Main {public static void main(String[] args) {OuterClass outer = new OuterClass();OuterClass.InnerClass inner = outer.new InnerClass();inner.display(); // 输出: Outer Field}
}
2. 局部内部类

局部内部类是在方法或作用域内定义的类。

示例：
public class OuterClass {private String outerField = "Outer Field";public void display() {class LocalInnerClass {public void show() {System.out.println(outerField);}}LocalInnerClass localInner = new LocalInnerClass();localInner.show(); // 输出: Outer Field}
}public class Main {public static void main(String[] args) {OuterClass outer = new OuterClass();outer.display();}
}
3. 匿名内部类

匿名内部类是没有名字的内部类，通常用于创建一次性使用的对象。

示例：
public class Main {public static void main(String[] args) {Runnable runnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("Running...");}};Thread thread = new Thread(runnable);thread.start();}
}
4. 静态内部类

静态内部类是定义在另一个类内部的静态类，可以独立于外部类实例存在。

示例：
public class OuterClass {private String outerField = "Outer Field";public static class StaticInnerClass {public void display() {// 不能直接访问外部类的非静态字段// System.out.println(outerField);System.out.println("Static Inner Class");}}
}public class Main {public static void main(String[] args) {OuterClass.StaticInnerClass staticInner = new OuterClass.StaticInnerClass();staticInner.display(); // 输出: Static Inner Class}
}
总结
类和对象：类是对象的蓝图，对象是类的实例。
继承：使用 extends 关键字实现继承，super 关键字调用父类的构造器或方法，子类可以重写父类的方法。
封装：使用 private 修饰符隐藏类的内部实现，提供 getters 和 setters 方法访问和修改私有字段。
多态：子类对象可以被当作父类对象使用，接口和抽象类是实现多态的重要手段。
接口：定义了一组方法，类通过实现接口来提供具体实现。
内部类：成员内部类、局部内部类、匿名内部类和静态内部类，每种内部类有不同的用途和特点。

四、异常处理

1. 什么是异常

异常是指在程序执行过程中发生的意外情况，这些情况会中断程序的正常执行流程。Java 提供了异常处理机制来捕获和处理这些意外情况，从而使程序能够继续运行或优雅地终止。

2. 异常分类

Java 中的异常主要分为两大类：

Checked Exception（受检异常）：在编译时检查的异常，必须进行处理或声明抛出。例如 IOException、SQLException 等。
Unchecked Exception（非受检异常）：在运行时检查的异常，通常是编程错误导致的，例如 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 等。

此外，还有一种特殊的异常类型：

Error：表示严重的错误，通常是无法恢复的情况，例如 OutOfMemoryError、StackOverflowError 等。这些错误通常不由应用程序处理。
异常处理机制

1. try-catch

try-catch 语句用于捕获和处理异常。

语法：
try {// 可能会抛出异常的代码
} catch (ExceptionType1 e1) {// 处理 ExceptionType1 的代码
} catch (ExceptionType2 e2) {// 处理 ExceptionType2 的代码
} finally {// 无论是否发生异常都会执行的代码
}
示例：
public class Main {public static void main(String[] args) {try {int[] numbers = {1, 2, 3};System.out.println(numbers[5]); // 会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {System.out.println("数组索引越界: " + e.getMessage());} finally {System.out.println("finally 块总是会被执行");}}
}
2. finally

finally 块中的代码无论是否发生异常都会被执行，通常用于释放资源。

示例：
public class Main {public static void main(String[] args) {try {int[] numbers = {1, 2, 3};System.out.println(numbers[5]); // 会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {System.out.println("数组索引越界: " + e.getMessage());} finally {System.out.println("finally 块总是会被执行");}}
}
3. throw

throw 关键字用于手动抛出一个异常。

示例：
public class Main {public static void main(String[] args) {try {throw new IllegalArgumentException("这是一个非法参数异常");} catch (IllegalArgumentException e) {System.out.println("捕获到异常: " + e.getMessage());}}
}
4. throws

throws 关键字用于声明一个方法可能会抛出的异常，调用该方法时需要处理这些异常。

示例：
import java.io.IOException;public class Main {public static void main(String[] args) {try {readFile("example.txt");} catch (IOException e) {System.out.println("文件读取失败: " + e.getMessage());}}public static void readFile(String fileName) throws IOException {// 模拟文件读取操作if (!fileName.endsWith(".txt")) {throw new IOException("文件格式不正确");}System.out.println("文件读取成功: " + fileName);}
}
自定义异常

自定义异常是通过继承 Exception 类或其子类来创建的。自定义异常可以帮助你更好地描述特定的错误情况。

1. 创建自定义异常类

示例：
public class CustomException extends Exception {public CustomException(String message) {super(message);}
}
2. 使用自定义异常

示例：
public class Main {public static void main(String[] args) {try {validateAge(15);} catch (CustomException e) {System.out.println("捕获到自定义异常: " + e.getMessage());}}public static void validateAge(int age) throws CustomException {if (age < 18) {throw new CustomException("年龄必须大于或等于 18 岁");}System.out.println("年龄验证通过");}
}
总结
异常概念：异常是在程序执行过程中发生的意外情况，Java 提供了异常处理机制来捕获和处理这些情况。
异常分类：异常分为受检异常和非受检异常，以及严重的错误（Error）。
异常处理机制：
try-catch：捕获和处理异常。
finally：无论是否发生异常都会执行的代码块。
throw：手动抛出一个异常。
throws：声明一个方法可能会抛出的异常。
自定义异常：通过继承 Exception 类或其子类来创建自定义异常，以便更好地描述特定的错误情况。

五、高级特性

1. 泛型类

泛型类允许在类声明时指定类型参数，从而在实例化时指定具体的类型。

示例：

public class Box<T> {private T item;public Box(T item) {this.item = item;}public T getItem() {return item;}public void setItem(T item) {this.item = item;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Box<String> stringBox = new Box<>("Hello");System.out.println(stringBox.getItem()); // 输出: HelloBox<Integer> intBox = new Box<>(123);System.out.println(intBox.getItem()); // 输出: 123}
}

2. 泛型方法

泛型方法允许在方法声明时指定类型参数。

示例：

public class Util {public static <T> void printArray(T[] array) {for (T element : array) {System.out.println(element);}}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5};Util.printArray(intArray);String[] stringArray = {"Hello", "World"};Util.printArray(stringArray);}
}

3. 泛型接口

泛型接口允许在接口声明时指定类型参数。

示例：

public interface Box<T> {void add(T item);T get();
}public class IntegerBox implements Box<Integer> {private Integer item;@Overridepublic void add(Integer item) {this.item = item;}@Overridepublic Integer get() {return item;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Box<Integer> box = new IntegerBox();box.add(123);System.out.println(box.get()); // 输出: 123}
}

集合框架

1. List 接口及其实现类

List 接口表示有序集合，允许重复元素。

实现类：

ArrayList
LinkedList
Vector

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Main {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Cherry");for (String fruit : list) {System.out.println(fruit);}}
}

2. Set 接口及其实现类

Set 接口表示无序集合，不允许重复元素。

实现类：

HashSet
LinkedHashSet
TreeSet

示例：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class Main {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");set.add("Apple"); // 重复元素不会被添加for (String fruit : set) {System.out.println(fruit);}}
}

3. Map 接口及其实现类

Map 接口表示键值对集合，键是唯一的。

实现类：

HashMap
LinkedHashMap
TreeMap

示例：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class Main {public static void main(String[] args) {Map<String, Integer> map = new HashMap<>();map.put("Apple", 1);map.put("Banana", 2);map.put("Cherry", 3);for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}}
}

IO 流

1. File 类

File 类用于表示文件和目录路径。

示例：

import java.io.File;public class Main {public static void main(String[] args) {File file = new File("example.txt");if (file.exists()) {System.out.println("文件存在");} else {System.out.println("文件不存在");}}
}

2. InputStream/OutputStream

InputStream 和 OutputStream 是字节流的基类。

示例：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;public class Main {public static void main(String[] args) {try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {int content;while ((content = fis.read()) != -1) {fos.write(content);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

3. Reader/Writer

Reader 和 Writer 是字符流的基类。

示例：

import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;public class Main {public static void main(String[] args) {try (FileReader fr = new FileReader("input.txt");FileWriter fw = new FileWriter("output.txt")) {int content;while ((content = fr.read()) != -1) {fw.write(content);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

多线程

1. Thread 类

Thread 类用于创建和管理线程。

示例：

public class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程运行中: " + Thread.currentThread().getName());}
}public class Main {public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start();}
}

2. Runnable 接口

Runnable 接口用于实现多线程。

示例：

public class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程运行中: " + Thread.currentThread().getName());}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new MyRunnable());thread.start();}
}

3. 线程同步

使用 synchronized 关键字确保线程安全。

示例：

public class Counter {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;}public synchronized int getCount() {return count;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {final Counter counter = new Counter();Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});t1.start();t2.start();try {t1.join();t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("最终计数: " + counter.getCount()); // 输出: 最终计数: 2000}
}

4. 锁

使用 Lock 接口和 ReentrantLock 类进行更细粒度的锁控制。

示例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Counter {private int count = 0;private final Lock lock = new ReentrantLock();public void increment() {lock.lock();try {count++;} finally {lock.unlock();}}public int getCount() {return count;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {final Counter counter = new Counter();Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});t1.start();t2.start();try {t1.join();t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("最终计数: " + counter.getCount()); // 输出: 最终计数: 2000}
}

网络编程

1. Socket 编程

使用 Socket 和 ServerSocket 进行网络通信。

服务器端：

import java.io.*;
import java.net.*;public class Server {public static void main(String[] args) {try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345)) {System.out.println("服务器已启动，等待客户端连接...");Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("客户端已连接");BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);String inputLine;while ((inputLine = in.readLine()) != null) {System.out.println("收到消息: " + inputLine);out.println("Echo: " + inputLine);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

客户端：

import java.io.*;
import java.net.*;public class Client {public static void main(String[] args) {try (Socket socket = new Socket("localhost", 12345)) {BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);out.println("Hello, Server");String response = in.readLine();System.out.println("服务器响应: " + response);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

2. URL 连接

使用 URL 和 URLConnection 进行网络请求。

示例：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;public class Main {public static void main(String[] args) {try {URL url = new URL("http://example.com");URLConnection connection = url.openConnection();BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(connection.getInputStream()));String inputLine;while ((inputLine = in.readLine()) != null) {System.out.println(inputLine);}in.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

反射

1. Class 对象

Class 对象表示类的运行时信息。

示例：

public class Main {public static void main(String[] args) {Class<?> clazz = String.class;System.out.println("类名: " + clazz.getName());}
}

2. 获取类信息

使用反射获取类的信息，如构造器、方法、字段等。

示例：

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Method;public class Main {public static void main(String[] args) {Class<?> clazz = String.class;Constructor<?>[] constructors = clazz.getDeclaredConstructors();for (Constructor<?> constructor : constructors) {System.out.println("构造器: " + constructor);}Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();for (Method method : methods) {System.out.println("方法: " + method);}}
}

3. 创建对象

使用反射创建对象。

示例：

public class Main {public static void main(String[] args) {try {Class<?> clazz = String.class;Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor(String.class);String str = (String) constructor.newInstance("Hello, Reflection");System.out.println(str);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

4. 调用方法

使用反射调用方法。

示例：

public class Main {public static void main(String[] args) {try {Class<?> clazz = String.class;Method method = clazz.getMethod("toUpperCase");String str = "hello";String upperCaseStr = (String) method.invoke(str);System.out.println(upperCaseStr);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

注解

1. 内置注解

Java 提供了一些内置注解，如 @Override、@Deprecated、@SuppressWarnings 等。

示例：

public class Main {@Overridepublic String toString() {return "Main{}";}@Deprecatedpublic void oldMethod() {System.out.println("这是个过时的方法");}@SuppressWarnings("unused")private void unusedMethod() {System.out.println("这个方法未被使用");}public static void main(String[] args) {Main main = new Main();main.oldMethod();}
}

2. 元注解

元注解用于注解其他注解，如 @Retention、@Target、@Documented、@Inherited 等。

示例：

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface MyAnnotation {String value() default "";
}

3. 自定义注解

自定义注解用于特定的业务需求。

示例：

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface MyAnnotation {String value() default "";
}public class Main {@MyAnnotation(value = "这是一个自定义注解")public void annotatedMethod() {System.out.println("带有注解的方法");}public static void main(String[] args) {Main main = new Main();main.annotatedMethod();Class<Main> clazz = Main.class;Method method = clazz.getMethod("annotatedMethod");MyAnnotation annotation = method.getAnnotation(MyAnnotation.class);if (annotation != null) {System.out.println("注解值: " + annotation.value());}}
}

总结

泛型：允许在类、方法和接口中使用类型参数，提高代码的复用性和类型安全性。
集合框架：提供了多种集合类，如 List、Set 和 Map，用于存储和操作数据。
IO 流：提供了文件和数据流的读写功能，包括字节流和字符流。
多线程：通过 Thread 类和 Runnable 接口实现多线程，使用 synchronized 和 Lock 进行线程同步。
网络编程：通过 Socket 和 ServerSocket 进行网络通信，使用 URL 和 URLConnection 进行网络请求。
反射：允许在运行时获取类的信息，动态创建对象和调用方法。
注解：用于标记类、方法和字段，提供元数据信息，包括内置注解、元注解和自定义注解。

六、标准库

日期和时间

1. Date

Date 类表示特定的瞬间，精确到毫秒。

示例：

import java.util.Date;public class Main {public static void main(String[] args) {Date date = new Date();System.out.println("当前日期和时间: " + date);}
}

2. Calendar

Calendar 类提供了更丰富的日期和时间操作功能。

示例：

import java.util.Calendar;public class Main {public static void main(String[] args) {Calendar calendar = Calendar.getInstance();System.out.println("当前年份: " + calendar.get(Calendar.YEAR));System.out.println("当前月份: " + (calendar.get(Calendar.MONTH) + 1)); // 月份从0开始System.out.println("当前日期: " + calendar.get(Calendar.DAY_OF_MONTH));}
}

3. LocalDate, LocalDateTime, LocalTime

Java 8 引入了新的日期和时间 API，包括 LocalDate、LocalDateTime 和 LocalTime，提供了更强大和易用的功能。

示例：

import java.time.LocalDate;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.LocalTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;public class Main {public static void main(String[] args) {LocalDate currentDate = LocalDate.now();System.out.println("当前日期: " + currentDate);LocalTime currentTime = LocalTime.now();System.out.println("当前时间: " + currentTime);LocalDateTime currentDateTime = LocalDateTime.now();System.out.println("当前日期和时间: " + currentDateTime);// 格式化日期和时间DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");String formattedDateTime = currentDateTime.format(formatter);System.out.println("格式化后的日期和时间: " + formattedDateTime);// 解析日期和时间LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse(formattedDateTime, formatter);System.out.println("解析后的日期和时间: " + parsedDateTime);}
}

正则表达式

1. Pattern 和 Matcher

Pattern 和 Matcher 类用于处理正则表达式。

示例：

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;public class Main {public static void main(String[] args) {String text = "Hello, my email is example@example.com";String regex = "[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}";Pattern pattern = Pattern.compile(regex);Matcher matcher = pattern.matcher(text);while (matcher.find()) {System.out.println("找到匹配的电子邮件: " + matcher.group());}}
}

国际化

1. ResourceBundle

ResourceBundle 类用于加载语言资源文件，支持多语言应用。

示例：

import java.util.Locale;
import java.util.ResourceBundle;public class Main {public static void main(String[] args) {Locale locale = new Locale("en", "US");ResourceBundle bundle = ResourceBundle.getBundle("messages", locale);System.out.println("欢迎信息: " + bundle.getString("welcome.message"));}
}

资源文件示例：

messages_en_US.properties:

welcome.message=Welcome to our application!

messages_zh_CN.properties:

welcome.message=欢迎使用我们的应用！

2. Locale

Locale 类表示特定的地理、政治和文化区域。

示例：

import java.util.Locale;public class Main {public static void main(String[] args) {Locale locale = new Locale("zh", "CN");System.out.println("语言: " + locale.getLanguage());System.out.println("国家: " + locale.getCountry());}
}

并发工具

1. ExecutorService

ExecutorService 是一个高级线程管理工具，用于管理和调度线程。

示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class Main {public static void main(String[] args) {ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);executorService.submit(() -> {System.out.println("任务 1 在运行: " + Thread.currentThread().getName());});executorService.submit(() -> {System.out.println("任务 2 在运行: " + Thread.currentThread().getName());});executorService.shutdown();}
}

2. Future 和 Callable

Callable 接口用于返回结果的任务，Future 用于获取异步任务的结果。

示例：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;public class Main {public static void main(String[] args) {ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();Future<Integer> future = executorService.submit(new Callable<Integer>() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {Thread.sleep(2000);return 42;}});try {Integer result = future.get();System.out.println("任务结果: " + result);} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}executorService.shutdown();}
}

3. Lock 和 Condition

Lock 接口提供了比 synchronized 更强大的锁机制，Condition 用于线程间的协作。

示例：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Main {public static void main(String[] args) {Lock lock = new ReentrantLock();Condition condition = lock.newCondition();Thread producer = new Thread(() -> {lock.lock();try {System.out.println("生产者准备生产...");condition.signal();} finally {lock.unlock();}});Thread consumer = new Thread(() -> {lock.lock();try {System.out.println("消费者等待生产...");condition.await();System.out.println("消费者开始消费...");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}});consumer.start();producer.start();}
}

总结

日期和时间：Date 和 Calendar 用于基本的日期和时间操作，Java 8 引入了 LocalDate、LocalDateTime 和 LocalTime，提供了更强大的日期和时间功能。
正则表达式：Pattern 和 Matcher 类用于处理正则表达式，进行字符串匹配和替换。
国际化：ResourceBundle 和 Locale 类用于支持多语言应用，加载和管理语言资源文件。
并发工具：ExecutorService 用于管理和调度线程，Future 和 Callable 用于返回结果的任务，Lock 和 Condition 提供了更强大的锁机制和线程间协作。

七、框架与工具

构建工具

1. Maven

Maven 是一个项目管理和构建自动化工具，基于项目对象模型（POM）。它使用 XML 文件（pom.xml）来管理项目的构建、依赖关系和文档。

示例： pom.xml

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><modelVersion>4.0.0</modelVersion><groupId>com.example</groupId><artifactId>my-app</artifactId><version>1.0-SNAPSHOT</version><dependencies><dependency><groupId>junit</groupId><artifactId>junit</artifactId><version>4.12</version><scope>test</scope></dependency></dependencies><build><plugins><plugin><groupId>org.apache.maven.plugins</groupId><artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId><version>3.8.0</version><configuration><source>1.8</source><target>1.8</target></configuration></plugin></plugins></build>
</project>

2. Gradle

Gradle 是一个基于 Groovy 或 Kotlin 脚本的构建工具，提供了更灵活的构建配置和更好的性能。

示例： build.gradle

apply plugin: 'java'
apply plugin: 'application'mainClassName = 'com.example.Main'repositories {mavenCentral()
}dependencies {testImplementation 'junit:junit:4.12'
}tasks.withType(JavaCompile) {options.encoding = 'UTF-8'options.compilerArgs << '-parameters'
}

测试框架

1. JUnit

JUnit 是一个流行的单元测试框架，支持编写和运行单元测试。

示例：

import org.junit.Test;
import static org.junit.Assert.assertEquals;public class CalculatorTest {@Testpublic void testAdd() {Calculator calculator = new Calculator();int result = calculator.add(2, 3);assertEquals(5, result);}
}class Calculator {public int add(int a, int b) {return a + b;}
}

2. TestNG

TestNG 是一个功能更强大的测试框架，支持单元测试、集成测试和功能测试。

示例：

import org.testng.annotations.Test;
import static org.testng.Assert.assertEquals;public class CalculatorTest {@Testpublic void testAdd() {Calculator calculator = new Calculator();int result = calculator.add(2, 3);assertEquals(result, 5);}
}class Calculator {public int add(int a, int b) {return a + b;}
}

Web 开发

1. Servlet

Servlet 是 Java Web 应用的基础，用于处理 HTTP 请求和响应。

示例：

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;public class HelloWorldServlet extends HttpServlet {@Overrideprotected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {response.setContentType("text/html");PrintWriter out = response.getWriter();out.println("<h1>Hello, World!</h1>");}
}

web.xml 配置：

<web-app><servlet><servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name><servlet-class>com.example.HelloWorldServlet</servlet-class></servlet><servlet-mapping><servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name><url-pattern>/hello</url-pattern></servlet-mapping>
</web-app>

2. JSP

JSP（JavaServer Pages）是一种动态网页技术，允许在 HTML 页面中嵌入 Java 代码。

示例： index.jsp

<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %>
<html>
<head><title>Hello, JSP</title>
</head>
<body><h1>Hello, JSP!</h1><p>Current time: <%= new java.util.Date() %></p>
</body>
</html>

3. Spring

Spring 是一个轻量级的 Java 开发框架，提供了依赖注入、事务管理、AOP 等功能。

示例： Application.java

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;@SpringBootApplication
public class Application {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(Application.class, args);}@RestControllerpublic class HelloController {@GetMapping("/hello")public String hello() {return "Hello, Spring!";}}
}

4. Hibernate

Hibernate 是一个对象关系映射（ORM）框架，用于将 Java 对象映射到数据库表。

示例： User.java

import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.GenerationType;
import javax.persistence.Id;@Entity
public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)private Long id;private String name;private String email;// Getters and Setters
}

配置文件： hibernate.cfg.xml

<!DOCTYPE hibernate-configuration PUBLIC "-//Hibernate/Hibernate Configuration DTD 3.0//EN" "http://www.hibernate.org/dtd/hibernate-configuration-3.0.dtd">
<hibernate-configuration><session-factory><property name="hibernate.connection.driver_class">com.mysql.cj.jdbc.Driver</property><property name="hibernate.connection.url">jdbc:mysql://localhost:3306/mydb</property><property name="hibernate.connection.username">root</property><property name="hibernate.connection.password">password</property><property name="hibernate.dialect">org.hibernate.dialect.MySQLDialect</property><property name="hibernate.hbm2ddl.auto">update</property><mapping class="com.example.User"/></session-factory>
</hibernate-configuration>

GUI 开发

1. Swing

Swing 是一个用于创建图形用户界面（GUI）的 Java 库，提供了丰富的组件和事件处理机制。

示例：

import javax.swing.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;public class HelloWorldSwing {public static void main(String[] args) {JFrame frame = new JFrame("Hello, Swing!");frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);frame.setSize(300, 200);JButton button = new JButton("Click Me");button.addActionListener(new ActionListener() {@Overridepublic void actionPerformed(ActionEvent e) {JOptionPane.showMessageDialog(frame, "Button Clicked!");}});frame.getContentPane().add(button);frame.setVisible(true);}
}

2. JavaFX

JavaFX 是一个用于创建富客户端应用程序的现代 GUI 库，提供了更丰富的图形和媒体支持。

示例： HelloWorldJavaFX.java

import javafx.application.Application;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Button;
import javafx.scene.layout.StackPane;
import javafx.stage.Stage;public class HelloWorldJavaFX extends Application {@Overridepublic void start(Stage primaryStage) {Button button = new Button("Click Me");button.setOnAction(event -> {System.out.println("Button Clicked!");});StackPane root = new StackPane();root.getChildren().add(button);Scene scene = new Scene(root, 300, 200);primaryStage.setTitle("Hello, JavaFX!");primaryStage.setScene(scene);primaryStage.show();}public static void main(String[] args) {launch(args);}
}

总结

构建工具：
- Maven：基于 XML 的项目管理和构建工具。
- Gradle：基于 Groovy 或 Kotlin 脚本的构建工具，提供更灵活的配置和更好的性能。
测试框架：
- JUnit：流行的单元测试框架。
- TestNG：功能更强大的测试框架，支持多种测试类型。
Web 开发：
- Servlet：处理 HTTP 请求和响应的基础技术。
- JSP：动态网页技术，允许在 HTML 中嵌入 Java 代码。
- Spring：轻量级开发框架，提供依赖注入、事务管理等功能。
- Hibernate：对象关系映射（ORM）框架，用于将 Java 对象映射到数据库表。
GUI 开发：
- Swing：用于创建图形用户界面的库，提供丰富的组件和事件处理机制。
- JavaFX：现代的 GUI 库，提供更丰富的图形和媒体支持。

八、最佳实践

代码规范

1. 命名规则

类名：首字母大写的驼峰式命名，例如 Calculator。
方法名：首字母小写的驼峰式命名，例如 calculateSum。
变量名：首字母小写的驼峰式命名，例如 totalAmount。
常量名：全部大写，单词之间用下划线分隔，例如 MAX_VALUE。
包名：全小写，通常使用公司域名的倒序，例如 com.example.myapp。

2. 代码格式化

缩进：通常使用 4 个空格或 1 个制表符。
行长度：每行不超过 80 到 120 个字符。
大括号：始终使用大括号，即使只有一行代码。
空行：合理使用空行，提高代码可读性。
注释：使用 Javadoc 风格的注释，对类、方法和重要逻辑进行说明。
示例：
package com.example.myapp;/*** 计算器类*/
public class Calculator {/*** 计算两个数的和** @param a 第一个数* @param b 第二个数* @return 两数之和*/public int calculateSum(int a, int b) {return a + b;}
}
设计模式

1. 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。

示例：
public class Singleton {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}public void doSomething() {System.out.println("Singleton instance doing something.");}
}
2. 工厂模式

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。

示例：
public interface Animal {void makeSound();
}public class Dog implements Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Bark");}
}public class Cat implements Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Meow");}
}public class AnimalFactory {public static Animal createAnimal(String type) {if ("dog".equalsIgnoreCase(type)) {return new Dog();} else if ("cat".equalsIgnoreCase(type)) {return new Cat();} else {throw new IllegalArgumentException("Unknown animal type");}}
}public class FactoryPatternDemo {public static void main(String[] args) {Animal dog = AnimalFactory.createAnimal("dog");dog.makeSound();Animal cat = AnimalFactory.createAnimal("cat");cat.makeSound();}
}
3. 装饰者模式

动态地给一个对象添加一些额外的职责，而不影响其他对象。

示例：
public interface Coffee {String getDescription();double getCost();
}public class SimpleCoffee implements Coffee {@Overridepublic String getDescription() {return "Simple Coffee";}@Overridepublic double getCost() {return 1.0;}
}public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {protected Coffee decoratedCoffee;public CoffeeDecorator(Coffee c) {this.decoratedCoffee = c;}@Overridepublic String getDescription() {return decoratedCoffee.getDescription();}@Overridepublic double getCost() {return decoratedCoffee.getCost();}
}public class MilkCoffee extends CoffeeDecorator {public MilkCoffee(Coffee c) {super(c);}@Overridepublic String getDescription() {return super.getDescription() + ", Milk";}@Overridepublic double getCost() {return super.getCost() + 0.5;}
}public class SugarCoffee extends CoffeeDecorator {public SugarCoffee(Coffee c) {super(c);}@Overridepublic String getDescription() {return super.getDescription() + ", Sugar";}@Overridepublic double getCost() {return super.getCost() + 0.2;}
}public class DecoratorPatternDemo {public static void main(String[] args) {Coffee coffee = new SimpleCoffee();System.out.println(coffee.getDescription() + " Cost: " + coffee.getCost());coffee = new MilkCoffee(coffee);System.out.println(coffee.getDescription() + " Cost: " + coffee.getCost());coffee = new SugarCoffee(coffee);System.out.println(coffee.getDescription() + " Cost: " + coffee.getCost());}
}
性能优化

1. 内存管理
避免内存泄漏：及时释放不再使用的对象引用。
使用合适的数据结构：选择合适的数据结构可以减少内存占用。
对象池：复用对象，减少频繁的创建和销毁。

2. JVM 调优

垃圾回收：调整垃圾回收器参数，例如 -XX:+UseG1GC。
堆大小：设置合适的堆大小，例如 -Xms512m -Xmx1024m。
JVM 参数：根据应用需求调整其他 JVM 参数，例如 -XX:MaxPermSize=256m。
示例： 启动参数
java -Xms512m -Xmx1024m -XX:+UseG1GC -jar myapp.jar
安全性

1. 输入验证
验证用户输入：确保输入符合预期格式，例如使用正则表达式。
使用安全的输入库：例如 Apache Commons Lang 的 StringUtils。
示例：
import java.util.regex.Pattern;public class InputValidator {private static final Pattern EMAIL_PATTERN = Pattern.compile("[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}");public boolean isValidEmail(String email) {return EMAIL_PATTERN.matcher(email).matches();}
}
2. 防止 SQL 注入
使用预编译语句：避免直接拼接 SQL 语句。
使用 ORM 框架：例如 Hibernate，自动处理 SQL 注入问题。
示例：
import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.SQLException;public class SqlInjectionPrevention {public void insertUser(Connection conn, String username, String password) throws SQLException {String sql = "INSERT INTO users (username, password) VALUES (?, ?)";try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql)) {pstmt.setString(1, username);pstmt.setString(2, password);pstmt.executeUpdate();}}
}
3. 使用安全的 API
加密敏感数据：使用 javax.crypto 包中的类进行加密。
安全的网络通信：使用 HTTPS 而不是 HTTP。
示例：
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;public class SecurityExample {private static final String ALGORITHM = "AES";public static SecretKey generateKey() throws Exception {KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);SecureRandom random = new SecureRandom();keyGen.init(128, random);return keyGen.generateKey();}public static byte[] encrypt(String data, SecretKey key) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);return cipher.doFinal(data.getBytes());}public static String decrypt(byte[] encryptedData, SecretKey key) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);byte[] decryptedData = cipher.doFinal(encryptedData);return new String(decryptedData);}public static void main(String[] args) throws Exception {SecretKey key = generateKey();String originalData = "Sensitive Data";byte[] encryptedData = encrypt(originalData, key);String decryptedData = decrypt(encryptedData, key);System.out.println("Original: " + originalData);System.out.println("Encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData));System.out.println("Decrypted: " + decryptedData);}
}
总结
代码规范：遵循命名规则和代码格式化标准，提高代码可读性和可维护性。
设计模式：使用单例模式、工厂模式和装饰者模式等设计模式，提高代码的灵活性和可扩展性。
性能优化：通过内存管理和 JVM 调优，提升应用的性能。
安全性：通过输入验证、防止 SQL 注入和使用安全的 API，确保应用的安全性。