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Java主流技术学习：适合初学者的简单教程

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Java

概述

本文详细介绍了Java编程环境的搭建和基础语法的学习，涵盖了从安装JDK到配置环境变量的全过程。此外，文章还深入讲解了Java面向对象编程的核心概念，包括类与对象、继承与多态、接口与抽象类等。通过本文的学习，读者可以全面掌握Java主流技术学习的基础知识和实用技巧。

Java编程环境搭建

安装Java开发工具包（JDK）

安装Java开发工具包（JDK）是开始学习Java编程的第一步。JDK是Java开发工具的集合，包括Java编译器、Java虚拟机（JVM）、Java文档生成工具、Java调试工具等。以下是安装JDK的步骤：

访问Oracle官方网站或OpenJDK官方网站下载JDK安装包。
解压下载的安装包到指定目录。
执行安装程序，按照提示完成安装。

配置环境变量

配置环境变量是让系统能够识别并使用JDK的关键步骤。以下是配置环境变量的步骤：

在Windows系统中，可以通过控制面板或右键点击“计算机”选择“属性”->“高级系统设置”->“环境变量”来访问环境变量设置选项。在Linux系统中，可以通过编辑~/.bashrc或~/.bash_profile文件来设置环境变量。

Windows环境变量设置示例：

打开控制面板，选择“系统和安全”，然后选择“系统”。
点击“高级系统设置”。
在“高级”选项卡中，点击“环境变量”按钮。
在“系统变量”中添加或修改以下环境变量：
- JAVA_HOME: 指定JDK的安装路径，例如C:\Program Files\Java\jdk-17
- Path: 在Path变量中添加%JAVA_HOME%\bin，确保Java的编译器和运行工具可以被系统找到。

Linux环境变量设置示例：

打开终端，编辑~/.bashrc文件，例如使用vim ~/.bashrc。

在文件末尾添加以下内容：

export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-17-openjdk-amd64
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

保存文件并执行source ~/.bashrc使其生效。

验证安装是否成功

为了验证JDK安装是否成功，可以在命令行工具中运行以下命令：

java -version

如果安装成功，命令行会输出安装的Java版本信息。

Java基础语法学习

变量与数据类型

在Java中，变量用于存储程序运行时的数据。Java支持多种数据类型，包括基本类型和引用类型。基本类型包括整型、浮点型、字符型和布尔型。

整型

整型数据类型用于存储整数值，包括以下几种：

byte: 8位有符号整数
short: 16位有符号整数
int: 32位有符号整数
long: 64位有符号整数

byte b = 127; // 8位
short s = 32767; // 16位
int i = 2147483647; // 32位
long l = 9223372036854775807L; // 64位

浮点型

浮点型数据类型用于存储浮点数，包括以下几种：

float: 32位单精度浮点数
double: 64位双精度浮点数

float f = 3.14f; // 32位
double d = 3.14; // 64位

字符型

字符型数据类型用于存储单个字符，使用char类型表示。

char c = 'A';

布尔型

布尔型数据类型用于表示真或假的状态，使用boolean类型表示。

boolean isTrue = true;
boolean isFalse = false;

控制结构（条件语句和循环）

控制结构用于控制程序的执行流程，包括条件语句和循环。

条件语句

条件语句用于根据条件选择不同的执行路径。Java中包含if语句和switch语句。

int number = 10;

if (number > 0) {
    System.out.println("number is positive");
} else if (number < 0) {
    System.out.println("number is negative");
} else {
    System.out.println("number is zero");
}

switch (number) {
    case 10:
        System.out.println("number is 10");
        break;
    case 0:
        System.out.println("number is 0");
        break;
    default:
        System.out.println("number is neither 10 nor 0");
}

循环

循环用于重复执行一段代码，直至满足特定条件。Java中包含for循环、while循环和do-while循环。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println("i = " + i);
}

int j = 0;
while (j < 5) {
    System.out.println("j = " + j);
    j++;
}

int k = 0;
do {
    System.out.println("k = " + k);
    k++;
} while (k < 5);

数组与方法

数组

数组用于存储多个相同类型的值。Java支持一维数组和多维数组。

int[] numbers = new int[5];
numbers[0] = 1;
numbers[1] = 2;
numbers[2] = 3;
numbers[3] = 4;
numbers[4] = 5;

for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println("numbers[" + i + "] = " + numbers[i]);
}

int[][] matrix = new int[3][3];
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
    for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
        matrix[i][j] = i * 3 + j + 1;
    }
}

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();
}

方法

方法用于组织和重用代码。方法可以返回值，也可以不返回值。

public static int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

public static void printMessage(String message) {
    System.out.println(message);
}

int result = add(3, 4);
printMessage("Result is " + result);

Java面向对象编程

类与对象

Java是面向对象的语言，面向对象编程的核心概念是类（Class）和对象（Object）。

类

类是对一组具有相同属性和行为的对象的抽象描述。类包含属性（字段）和行为（方法）。

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public void introduce() {
        System.out.println("My name is " + name + ", and I'm " + age + " years old.");
    }
}

对象

对象是类的实例。通过创建对象，可以调用类中定义的方法。

Person person = new Person("Tom", 25);
person.introduce();
person.setAge(26);
person.introduce();

继承与多态

继承允许一个类继承另一个类的属性和方法。多态允许子类重写父类的方法，实现不同的行为。

继承

public class Student extends Person {
    private String school;

    public Student(String name, int age, String school) {
        super(name, age); // 调用父类构造器
        this.school = school;
    }

    public String getSchool() {
        return school;
    }

    public void setSchool(String school) {
        this.school = school;
    }

    @Override
    public void introduce() {
        System.out.println("My name is " + getName() + ", and I'm " + getAge() + " years old. I study at " + school + ".");
    }
}

Student student = new Student("Jerry", 20, "Harvard");
student.introduce();

多态

public class PersonTest {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("Tom", 25);
        Student student = new Student("Jerry", 20, "Harvard");

        introducePerson(person);
        introducePerson(student);
    }

    public static void introducePerson(Person person) {
        person.introduce();
    }
}

接口与抽象类

接口和抽象类提供了另一种实现抽象的方法。接口定义了一组方法的签名，而抽象类可以包含抽象方法和具体方法。

接口

public interface Animal {
    void makeSound();
}

public class Dog implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Woof!");
    }
}

public class Cat implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Meow!");
    }
}

public class AnimalTest {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();
        Animal cat = new Cat();

        dog.makeSound();
        cat.makeSound();
    }
}

抽象类

public abstract class Animal {
    public abstract void makeSound();

    public void breathe() {
        System.out.println("Breathing...");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Woof!");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Meow!");
    }
}

public class AnimalTest {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();
        Animal cat = new Cat();

        dog.makeSound();
        dog.breathe();

        cat.makeSound();
        cat.breathe();
    }
}

Java常用API介绍

常用类库（如String、ArrayList等）

Java提供了丰富的类库，包括字符串处理、集合框架等。

String

字符串是Java中最常用的类型之一。String类提供了字符串处理的各种方法。

public class StringExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "Hello, World!";
        System.out.println(str.length());
        System.out.println(str.toUpperCase());
        System.out.println(str.substring(7));
    }
}

ArrayList

ArrayList是Java集合框架中的一个常用类，用于存储可变数量的元素。

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        System.out.println(list.get(1));
        list.remove(1);
        System.out.println(list);

        for (String fruit : list) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

输入输出流

Java提供了丰富的输入输出流支持，包括文件输入输出流和网络输入输出流等。

文件输入输出流

import java.io.*;

public class FileIOExample {
    public static void main(String[] args) {
        String content = "Hello, World!";
        String filename = "example.txt";

        try (FileWriter writer = new FileWriter(filename)) {
            writer.write(content);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try (FileReader reader = new FileReader(filename)) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            int character;
            while ((character = reader.read()) != -1) {
                sb.append((char) character);
            }
            System.out.println(sb.toString());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

网络输入输出流

import java.io.*;
import java.net.*;

public class NetworkIOExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        URL url = new URL("http://www.example.com");
        try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(url.openStream()))) {
            String inputLine;
            while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
                System.out.println(inputLine);
            }
        }
    }
}

异常处理

异常处理是Java中用于处理程序执行过程中可能出现的错误的重要机制。

public class ExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int a = 10;
            int b = 0;
            int result = a / b;
            System.out.println(result);
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("Error: Division by zero");
        } finally {
            System.out.println("Finally block executed");
        }
    }
}

Java Web开发入门

Servlet与JSP基础

Servlet和JSP是Java Web开发中最常用的技术之一。

Servlet

Servlet是一个运行在Web服务器上的Java程序，负责处理客户端请求并返回响应。以下是一个简单的Servlet示例：

import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import java.io.*;

public class HelloWorldServlet extends HttpServlet {
    @Override
    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException, ServletException {
        response.setContentType("text/html");
        PrintWriter out = response.getWriter();
        out.println("<html>");
        out.println("<head>");
        out.println("<title>Hello World Servlet</title>");
        out.println("</head>");
        out.println("<body>");
        out.println("<h1>Hello World</h1>");
        out.println("</body>");
        out.println("</html>");
    }
}

JSP

JavaServer Pages (JSP) 是一种动态网页技术标准，基于Java技术，用于创建和构建动态网页。以下是一个简单的JSP示例：

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8" pageEncoding="UTF-8"%>
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Hello World JSP</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello World</h1>
    <%
        String message = "Hello from JSP!";
        out.println(message);
    %>
</body>
</html>

JDBC数据库访问

Java Database Connectivity (JDBC) 是Java访问数据库的标准接口。以下是一个简单的JDBC示例，用于连接数据库并执行查询：

import java.sql.*;

public class JDBCExample {
    public static void main(String[] args) {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase";
        String username = "root";
        String password = "password";

        try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
             Statement stmt = conn.createStatement();
             ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users")) {

            while (rs.next()) {
                int id = rs.getInt("id");
                String name = rs.getString("name");
                System.out.println("id = " + id + ", name = " + name);
            }
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Tomcat服务器配置与使用

Tomcat是Java Servlet容器，用于运行Java Web应用程序。以下是Tomcat服务器的配置与使用步骤：

下载并安装Tomcat服务器。
配置Tomcat服务器的server.xml文件，设置端口号和连接器配置。
配置Web应用程序的部署描述符文件web.xml。
将Web应用程序部署到Tomcat服务器。

<!-- server.xml -->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" />
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
        <Host name="localhost"  appBase="webapps"
              unpackWARs="true" autoDeploy="true" />
    </Engine>
</Server>

<!-- web.xml -->
<web-app>
    <display-name>My Web Application</display-name>
    <welcome-file-list>
        <welcome-file>index.html</welcome-file>
    </welcome-file-list>
    <servlet>
        <servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name>
        <servlet-class>HelloWorldServlet</servlet-class>
    </servlet>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name>
        <url-pattern>/hello</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

Java项目实战

完成一个简单的Java Web应用

以下是一个简单的Java Web应用，包括一个Servlet和一个JSP页面。

Servlet

import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import java.io.*;

public class HelloWorldServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException, ServletException {
        response.setContentType("text/html");
        PrintWriter out = response.getWriter();
        out.println("<html>");
        out.println("<head>");
        out.println("<title>Hello World Servlet</title>");
        out.println("</head>");
        out.println("<body>");
        out.println("<h1>Hello World</h1>");
        out.println("</body>");
        out.println("</html>");
    }
}

JSP

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8" pageEncoding="UTF-8"%>
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Hello World JSP</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello World</h1>
    <%
        String message = "Hello from JSP!";
        out.println(message);
    %>
</body>
</html>

部署描述符文件`web.xml`

<web-app>
    <display-name>My Web Application</display-name>
    <welcome-file-list>
        <welcome-file>index.jsp</welcome-file>
    </welcome-file-list>
    <servlet>
        <servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name>
        <servlet-class>HelloWorldServlet</servlet-class>
    </servlet>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name>
        <url-pattern>/hello</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

项目部署与调试技巧

部署Java Web应用到Tomcat服务器时，需要将项目打包成WAR文件，并复制到Tomcat的webapps目录下。调试时可以使用IDE的调试功能，或者在Tomcat的日志文件中查找错误信息。

打包WAR文件：

mvn package

部署WAR文件到Tomcat服务器：

cp target/myapp.war /path/to/tomcat/webapps/

访问应用：

http://localhost:8080/myapp/

查看Tomcat日志文件：

tail -f /path/to/tomcat/logs/catalina.out

通过以上步骤，可以完成一个简单的Java Web应用的开发和部署，并掌握一些基本的调试技巧。

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继承与多态

继承

多态

接口与抽象类

接口

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String

ArrayList

输入输出流

文件输入输出流

网络输入输出流

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