Java基础知识总结（超详细整理）

目录

  1. Java概述

    • 什么是Java？
    • Java的特点
    • Java平台的组成
    • Java开发工具

  2. Java开发环境

    • 安装JDK
    • 配置环境变量
    • 使用IDE（如IntelliJ IDEA、Eclipse）

  3. Java基础语法

    • 数据类型
    • 运算符
    • 控制语句
    • 方法和函数

  4. 面向对象编程（OOP）

    • 类与对象
    • 封装
    • 继承
    • 多态
    • 抽象类与接口

  5. Java常用类库

    • String类
    • 日期与时间处理（java.time）
    • 集合框架（List, Set, Map）
    • 输入输出（IO）流

  6. 异常处理

    • 异常的类型
    • 异常的捕获与抛出
    • 自定义异常

  7. 多线程与并发编程

    • 线程的创建与启动
    • 同步机制（synchronized）
    • 线程池
    • 并发集合与工具类（ExecutorService, CountDownLatch等）

  8. JVM与内存管理

    • JVM架构
    • 堆与栈
    • 垃圾回收
    • 类加载机制

  9. Java性能优化

    • 性能调优的方向
    • 内存优化
    • CPU优化
    • 数据库优化

  10. Java设计模式

    • 设计模式的定义与分类
    • 常见设计模式（单例模式、工厂模式、观察者模式、策略模式等）

Java进阶之路：必知必会的核心知识点与JDK8、JDK17、JDK21版本对比

Java基础入门

作者简介

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  • 作者微信号：Libin9iOak
  • 作者公众号：猫头虎技术团队
  • 更新日期：2025年03月12日
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正文

1. Java概述

什么是Java？

Java是一种面向对象的编程语言，由Sun Microsystems（现为Oracle）于1995年推出。它设计之初的目标是“编写一次，到处运行”，意味着Java程序可以在任何平台上运行，只要该平台安装了Java虚拟机（JVM）。

Java的特点
  • 平台无关性：Java程序可以在任何操作系统上运行，只要有对应的JVM。
  • 面向对象：Java是面向对象的编程语言，支持封装、继承和多态。
  • 内存管理：Java具有自动垃圾回收机制，减少了程序员管理内存的负担。
  • 多线程支持：Java内置对多线程编程的支持。
  • 丰富的API：Java提供了强大的标准库，包括网络、数据库、GUI编程等。
Java平台的组成

Java平台主要由以下两部分组成：

  1. Java虚拟机（JVM）：负责执行Java字节码。
  2. Java类库（JRE）：包括Java标准库，提供各种类和API，供开发人员使用。
Java开发工具
  • JDK（Java Development Kit）：Java开发工具包，包含JVM、JRE及开发工具（如编译器javac等）。
  • IDE（集成开发环境）：如IntelliJ IDEA、Eclipse、NetBeans等，提供代码编辑、调试、版本控制等功能。

2. Java开发环境

安装JDK

安装JDK是进行Java开发的基础步骤。你可以从Oracle官网或者OpenJDK官网下载对应的JDK版本进行安装。

配置环境变量

安装JDK后，需要配置环境变量来让系统知道JDK的位置。

  • Windows：

    1. 设置JAVA_HOME环境变量，指向JDK的安装路径。
    2. 在Path变量中添加%JAVA_HOME%\bin。

  • Linux/MacOS：

    1. 打开终端，编辑~/.bash_profile或~/.bashrc文件。
    2. 添加export JAVA_HOME=/path/to/jdk和export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH。
使用IDE

Java开发中，IDE是开发的利器，提供了很多便利的功能，比如代码提示、调试、版本控制等。常见的IDE包括：

  • IntelliJ IDEA：功能强大，适用于所有Java开发。
  • Eclipse：开源，支持Java及其他语言。
  • NetBeans：由Oracle提供，适合开发Java SE和EE应用。

3. Java基础语法

数据类型

Java的数据类型可以分为两大类：

  • 基本数据类型：

    • 整数类型：byte、short、int、long
    • 浮点数类型：float、double
    • 字符类型：char
    • 布尔类型：boolean

  • 引用数据类型：

    • 类、接口、数组等。
运算符

Java常用的运算符有：

  • 算术运算符：+、-、*、/、%
  • 关系运算符：==、!=、>、<、>=、<=
  • 逻辑运算符：&&、||、!
  • 位运算符：&、|、^、~、<<、>>
  • 赋值运算符：=、+=、-=、*=、/=、%=
  • 其他运算符：instanceof、三元运算符?:
控制语句

  • 条件语句：

    if (condition) {
    // code
} else {
    // code
}

  • 循环语句：

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    // code
}

while (condition) {
    // code
}

do {
    // code
} while (condition);
方法和函数

方法是执行特定任务的代码块，Java的方法定义格式如下：

returnType methodName(parameters) {
    // method body
}

4. 面向对象编程（OOP）

类与对象
  • 类（Class）：类是对象的蓝图，用来描述对象的属性和行为。
  • 对象（Object）：对象是类的实例，通过new关键字创建。
class Car {
    String color;
    int speed;
  
    void drive() {
        // method implementation
    }
}

Car car = new Car();
car.color = "Red";
car.speed = 120;
car.drive();
封装

封装是指将数据（属性）和操作数据的方法（行为）包装在一个类中，并隐藏其内部实现细节。通过访问修饰符（如private、public）来实现封装。

class Person {
    private String name; // 私有属性
  
    public String getName() {
        return name;
    }

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

继承是面向对象的一个重要特性，允许一个类继承另一个类的属性和方法。

class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("Animal is eating");
    }
}

class Dog extends Animal {
    void bark() {
        System.out.println("Dog is barking");
    }
}

Dog dog = new Dog();
dog.eat();
dog.bark();
多态

多态是指同一个方法调用不同的对象时，表现出不同的行为。Java通过方法重载和方法重写实现多态。

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

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

Animal animal = new Dog();
animal.sound();  // 输出: Bark
抽象类与接口
  • 抽象类：不能被实例化，只能被继承，可以包含抽象方法（没有实现）和普通方法（有实现）。
abstract class Shape {
    abstract void draw();
}

class Circle extends Shape {
    void draw() {
        System.out.println("Drawing Circle");
    }
}
  • 接口：只包含抽象方法，类实现接口时必须实现所有方法。
interface Animal {
    void eat();
}

class Dog implements Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Dog is eating");
    }
}

5. Java常用类库

String类

String类用于处理字符串，具有很多常用的方法，如length()、substring()、indexOf()等。

String str = "Hello, World!";
int len = str.length();  // 获取字符串长度
String sub = str.substring(0, 5);  // 获取子字符串
日期与时间处理（java.time）

Java 8引入了java.time包，提供了更现代和更易用的日期和时间处理方式。

LocalDate date = LocalDate.now();
LocalTime time = LocalTime.now();
LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.now();
集合框架（List, Set, Map）

Java提供了丰富的集合类，如ArrayList、HashSet、HashMap等，支持存储和操作对象集合。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("World");

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Java");
set.add("Python");

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
输入输出（IO）流

Java的IO流处理分为字节流和字符流，常见的类有FileInputStream、BufferedReader、PrintWriter等。

BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));
String line = reader.readLine();
reader.close();

6. 异常处理

异常的类型

Java中的异常分为两种类型：

  • 检查异常：需要显式地捕获或声明的异常，如IOException。
  • 运行时异常：程序运行时发生的异常，不强制捕获，如NullPointerException。
异常的捕获与抛出

使用try-catch语句捕获异常，throw语句抛出异常。

try {
    int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("Error: " + e.getMessage());
}

7. 多线程与并发编程

线程的创建与启动

Java提供了Thread类和Runnable接口来创建和启动线程。

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

MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
同步机制（synchronized）

为了避免线程间的竞争条件，可以使用synchronized关键字来保证线程安全。

synchronized (this) {
    // thread-safe code
}
线程池

Java的ExecutorService提供了线程池来管理线程。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
executor.submit(() -> {
    System.out.println("Task executed");
});
并发集合与工具类

Java还提供了ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等线程安全的集合，以及CountDownLatch、CyclicBarrier等工具类来简化并发编程。

8. JVM与内存管理

JVM架构

JVM负责执行字节码，管理内存、执行垃圾回收等。它包含以下几个主要部分：

  • 类加载器：负责加载字节码。
  • 执行引擎：负责执行字节码。
  • 内存管理：负责堆、栈等内存区域的管理。
堆与栈
  • 堆（Heap）：存储对象实例和数组。
  • 栈（Stack）：存储方法调用和局部变量。
垃圾回收

JVM自动管理内存，通过垃圾回收机制回收不再使用的对象。

类加载机制

JVM通过类加载器加载字节码，并根据需要在运行时加载类。

9. Java性能优化

性能调优的方向
  • 内存优化：减少内存泄漏、优化对象创建。
  • CPU优化：减少不必要的计算、优化算法。
  • 数据库优化：使用缓存、优化SQL查询。

10. Java设计模式

设计模式的定义与分类

设计模式是软件设计中的最佳实践，常见的设计模式包括：

  • 创建型模式：单例模式、工厂模式、建造者模式等。
  • 结构型模式：适配器模式、桥接模式、组合模式等。
  • 行为型模式：观察者模式、策略模式、命令模式等。
常见设计模式
  • 单例模式：确保一个类只有一个实例。
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
  • 工厂模式：提供创建对象的接口。
interface Shape {
    void draw();
}

class Circle implements Shape {
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing Circle");
    }
}

class ShapeFactory {
    public Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType == null) return null;
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
            return new Circle();
        }
        return null;
    }
}

通过对以上Java基础知识的深入了解，可以帮助开发者在实际项目中更好地应用Java语言，提高编程效率和代码质量。

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