Java 学习笔记

1. Java 简介

Java 是一种广泛使用的面向对象编程语言，具有跨平台特性。其应用领域包括企业级应用、移动应用和嵌入式系统等。

例如，可以使用 Java 开发一个简单的控制台应用程序来计算两个数的和：


import java.util.Scanner;

public class SumExample {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入第一个数字: ");
        int num1 = scanner.nextInt();
        System.out.print("请输入第二个数字: ");
        int num2 = scanner.nextInt();
        int sum = num1 + num2;
        System.out.println("两个数的和是: " + sum);
    }
}

公式： sum = num1 + num2

2. 快速入门

编写一个简单的 Java 程序，输出 "Hello, World!"。

示例代码：


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

公式： 输出语句：System.out.println("Hello, World!")

运行此程序后，控制台将输出 "Hello, World!"，这表示程序运行成功。

3. 面向对象编程 (OOP)

Java 是一种面向对象编程语言，核心概念包括类与对象、继承、多态、接口等。

类与对象：类是对象的模板，对象是类的实例。
继承：通过继承实现代码复用。
多态：不同对象可以以相同方式调用。
接口：定义类必须实现的方法。

示例：


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

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog();
        myDog.sound();  // 输出 "Woof"
    }
}

公式： 继承：class SubClass extends SuperClass

公式： 多态：SuperClass obj = new SubClass()

在这个示例中，Dog 类继承了 Animal 类，并重写了 sound() 方法，体现了继承和多态的特性。

4. 异常处理

Java 提供了异常处理机制，用于处理程序中的错误或异常情况。

try-catch 语句：用于捕获并处理异常。
finally 语句：在异常处理后执行一些必要的清理工作。

示例：


public class ExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int result = 10 / 0;
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("除以零错误: " + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("执行完毕");
        }
    }
}

公式： try-catch-finally 结构：try { ... } catch (ExceptionType e) { ... } finally { ... }

在这个示例中，程序试图进行除以零的操作，catch 语句捕获了 ArithmeticException，并输出相应的错误信息。

5. 反射

反射是 Java 语言中一个强大的功能，允许在运行时检查类、接口、字段和方法。

示例：


import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectionExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class clazz = Class.forName("java.util.ArrayList");
        Method[] methods = clazz.getMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method.getName());
        }
    }
}

公式： 获取类的方法：Class clazz = Class.forName("类名"); Method[] methods = clazz.getMethods()

在这个示例中，程序使用反射获取了 ArrayList 类中的所有公共方法，并将它们的名称打印出来。

6. 注解

注解用于为代码添加元数据，可以被编译器和运行时工具使用。

示例：


@interface MyAnnotation {
    String value();
}

@MyAnnotation(value = "Hello")
public class AnnotationExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用了自定义注解");
    }
}

公式： 定义注解：@interface AnnotationName { ... }

公式： 使用注解：@AnnotationName

在这个示例中，我们定义了一个名为 MyAnnotation 的注解，并将其应用于 AnnotationExample 类。

7. 泛型

泛型允许在类、接口和方法中使用类型参数，提高代码的复用性和安全性。

示例：


import java.util.ArrayList;

public class GenericExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

公式： 泛型声明：ClassName<Type> variable = new ClassName<>()

在这个示例中，我们创建了一个包含字符串的列表，并使用泛型确保列表中只包含 String 类型的元素。

8. 集合

Java 集合框架提供了一组用于存储和操作数据的接口和类。

List：ArrayList 和 LinkedList，用于存储有序的元素。
Set：HashSet 和 TreeSet，用于存储唯一的元素。
Map：HashMap 和 TreeMap，用于存储键值对。

示例：


import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.ArrayList;

public class CollectionsExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        System.out.println("List: " + list);

        HashSet set = new HashSet<>();
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Apple"); // 重复元素不会被添加
        System.out.println("Set: " + set);

        HashMap map = new HashMap<>();
        map.put("Apple", 1);
        map.put("Banana", 2);
        System.out.println("Map: " + map);
    }
}

公式： List：List<Type> list = new ArrayList<>()

公式： Set：Set<Type> set = new HashSet<>()

公式： Map：Map<KeyType, ValueType> map = new HashMap<>()

在这个示例中，展示了如何使用 List、Set 和 Map 集合来存储和操作数据。

9. 日期与时间

Java 提供了丰富的日期与时间 API 来处理时间相关的操作。

示例：


import java.time.LocalDate;
import java.time.LocalTime;
import java.time.LocalDateTime;

public class DateTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalDate date = LocalDate.now();
        LocalTime time = LocalTime.now();
        LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.now();
        System.out.println("当前日期: " + date);
        System.out.println("当前时间: " + time);
        System.out.println("当前日期和时间: " + dateTime);
    }
}

公式： 获取当前日期：LocalDate.now()

10. 单元测试

单元测试用于测试程序的独立模块，Java 中常用的测试框架是 JUnit。

示例：


import static org.junit.Assert.assertEquals;
import org.junit.Test;

public class CalculatorTest {
    @Test
    public void testAddition() {
        Calculator calc = new Calculator();
        int result = calc.add(2, 3);
        assertEquals(5, result);
    }
}

公式： 断言相等：assertEquals(expected, actual)

11. 正则表达式

正则表达式用于匹配字符串模式，Java 提供了 Pattern 和 Matcher 类来处理正则表达式。

示例：


import java.util.regex.Pattern;
import java.util.regex.Matcher;

public class RegexExample {
    public static void main(String[] args) {
        String text = "Java is fun";
        Pattern pattern = Pattern.compile("\bis\b");
        Matcher matcher = pattern.matcher(text);
        if (matcher.find()) {
            System.out.println("找到匹配: " + matcher.group());
        }
    }
}

公式： 创建正则模式：Pattern pattern = Pattern.compile("regex")

12. 加密与安全

Java 提供了 java.security 包来进行加密和安全操作。

示例：


import java.security.MessageDigest;

public class HashingExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String password = "12345";
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        byte[] hash = md.digest(password.getBytes());
        StringBuilder hexString = new StringBuilder();
        for (byte b : hash) {
            hexString.append(String.format("%02x", b));
        }
        System.out.println("哈希值: " + hexString.toString());
    }
}

公式： 哈希计算：MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("算法名称")

13. 多线程

Java 中使用 Thread 类和 Runnable 接口来创建和管理线程。

示例：


public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("线程执行: " + i);
            }
        };
        Thread thread = new Thread(task);
        thread.start();
    }
}

公式： 创建线程：Thread thread = new Thread(Runnable)

14. Maven 基础

Maven 是 Java 项目的构建工具，用于管理项目的依赖和构建过程。

示例：



    4.0.0
    com.example
    my-app
    1.0-SNAPSHOT

公式： Maven 项目定义：...

15. 网络编程

Java 提供了 java.net 包来进行网络编程，允许应用程序通过套接字进行通信。

示例：


import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class ServerExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        System.out.println("服务器已启动，等待客户端连接...");
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        System.out.println("客户端已连接");
        serverSocket.close();
    }
}

公式： 创建服务器套接字：ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)

16. XML 与 JSON

Java 中可以使用 Jackson 或 Gson 库来解析和生成 JSON 数据。

示例：


import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;

public class JsonExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
        String json = "{\"name\":\"John\", \"age\":30}";
        Person person = objectMapper.readValue(json, Person.class);
        System.out.println("姓名: " + person.name);
    }
}

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

公式： JSON 解析：ObjectMapper.readValue(json, ClassName.class)

17. JDBC 编程

JDBC（Java Database Connectivity）用于连接和操作数据库。

示例：


import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.Statement;

public class JDBCExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "user", "password");
            Statement statement = connection.createStatement();
            ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM users");
            while (resultSet.next()) {
                System.out.println("用户名: " + resultSet.getString("username"));
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

公式： 创建数据库连接：DriverManager.getConnection(url, user, password)