Java 基础

简介

Java 是一种广泛使用的编程语言，由 Sun Microsystems 公司于 1995 年发布，后被 Oracle 公司收购。Java 具有跨平台、面向对象、健壮性强等特点，被广泛应用于企业级应用、移动应用、嵌入式系统等场景。本文将介绍 Java 的基础语法，帮助初学者快速入门。

基本概念

Java 运行机制

Java 程序的运行依赖于 JVM（Java 虚拟机），其运行流程如下：

源代码（.java 文件）
编译为字节码（.class 文件）
JVM 加载并执行字节码

正是由于 JVM 的存在，Java 实现了"一次编写，到处运行"的特性。

JDK、JRE 与 JVM

JDK（Java Development Kit）：Java 开发工具包，包含 JRE 以及开发工具（如编译器、调试器等）
JRE（Java Runtime Environment）：Java 运行环境，包含 JVM 和核心类库
JVM（Java Virtual Machine）：Java 虚拟机，负责执行 Java 字节码

开发环境搭建

安装 JDK

根据操作系统选择合适的 JDK 版本进行安装：

访问 Oracle 官网或 OpenJDK 下载 JDK
安装 JDK 并配置环境变量
验证安装：在命令行输入 java -version 和 javac -version 查看版本信息

第一个 Java 程序

Hello World

创建一个名为 HelloWorld.java 的文件，内容如下：

java

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

编译和运行：

bash

javac HelloWorld.java
java HelloWorld

程序结构解析

public class HelloWorld：定义一个公共类，类名必须与文件名一致
public static void main(String[] args)：程序入口方法
System.out.println()：输出语句，将内容打印到控制台

基本语法

标识符命名规则

由字母、数字、下划线和美元符号组成，不能以数字开头
不能使用关键字作为标识符
命名规范：
- 类名：首字母大写，采用驼峰命名法（如 HelloWorld）
- 方法名和变量名：首字母小写，采用驼峰命名法（如 getName）
- 常量名：全部大写，单词间用下划线连接（如 MAX_VALUE）
- 包名：全部小写（如 java.util）

数据类型

Java 的数据类型分为两大类：基本数据类型和引用数据类型。

基本数据类型

类型	占用空间	取值范围	默认值
byte	1 字节	-128 到 127	0
short	2 字节	-32768 到 32767	0
int	4 字节	-2^31 到 2^31-1	0
long	8 字节	-2^63 到 2^63-1	0L
float	4 字节	约 ±3.4E38，精确到小数点后 6-7 位	0.0f
double	8 字节	约 ±1.8E308，精确到小数点后 15-16 位	0.0d
char	2 字节	0 到 65535	'\u0000'
boolean	1 位	true 或 false	false

引用数据类型

类（Class）
接口（Interface）
数组（Array）

变量与常量

变量声明与初始化

java

// 声明变量
int age;
// 初始化变量
age = 25;
// 声明并初始化
String name = "张三";

常量声明

java

// 使用 final 关键字声明常量
final double PI = 3.14159;

运算符

算术运算符

java

int a = 10, b = 3;
int sum = a + b;      // 加法：13
int diff = a - b;     // 减法：7
int product = a * b;  // 乘法：30
int quotient = a / b; // 整数除法：3
int remainder = a % b; // 取余：1

赋值运算符

java

int x = 10;
x += 5;  // 等价于 x = x + 5

比较运算符

java

int m = 5, n = 8;
boolean isEqual = (m == n);    // 等于：false
boolean isNotEqual = (m != n); // 不等于：true
boolean isLess = (m < n);      // 小于：true

逻辑运算符

java

boolean a = true, b = false;
boolean result1 = a && b; // 逻辑与：false
boolean result2 = a || b; // 逻辑或：true
boolean result3 = !a;     // 逻辑非：false

位运算符

java

int x = 5;  // 二进制：0101
int y = 3;  // 二进制：0011
int z1 = x & y;  // 按位与：0001（十进制：1）
int z2 = x | y;  // 按位或：0111（十进制：7）
int z3 = x ^ y;  // 按位异或：0110（十进制：6）
int z4 = ~x;     // 按位取反：1010（十进制：-6）
int z5 = x << 1; // 左移：1010（十进制：10）
int z6 = x >> 1; // 右移：0010（十进制：2）

三元运算符

java

int age = 20;
String status = (age >= 18) ? "成年" : "未成年";

控制流程

条件语句

if-else 语句

java

int score = 85;

if (score >= 90) {
    System.out.println("优秀");
} else if (score >= 80) {
    System.out.println("良好");
} else if (score >= 60) {
    System.out.println("及格");
} else {
    System.out.println("不及格");
}

switch 语句

java

int day = 3;
String dayName;

switch (day) {
    case 1:
        dayName = "星期一";
        break;
    case 2:
        dayName = "星期二";
        break;
    case 3:
        dayName = "星期三";
        break;
    // ...其他情况
    default:
        dayName = "无效日期";
}

循环语句

for 循环

java

// 基本 for 循环
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println("第 " + (i + 1) + " 次循环");
}

// 增强 for 循环（用于遍历数组或集合）
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int num : numbers) {
    System.out.println(num);
}

while 循环

java

int i = 0;
while (i < 5) {
    System.out.println("第 " + (i + 1) + " 次循环");
    i++;
}

do-while 循环

java

int i = 0;
do {
    System.out.println("第 " + (i + 1) + " 次循环");
    i++;
} while (i < 5);

跳转语句

java

// break 语句：跳出循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) {
        break;
    }
    System.out.println(i);
}

// continue 语句：跳过当前循环的剩余部分
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i % 2 == 0) {
        continue;
    }
    System.out.println(i);
}

// return 语句：从方法返回
public int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

数组

数组声明与初始化

java

// 声明数组
int[] numbers;
// 创建指定长度的数组
numbers = new int[5];

// 数组声明和创建一步完成
int[] scores = new int[3];

// 数组声明、创建和初始化一步完成
int[] points = {80, 90, 75, 88, 95};

// 二维数组
int[][] matrix = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};

数组操作

java

// 访问元素
int first = numbers[0];
numbers[1] = 100;

// 数组长度
int length = numbers.length;

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

// 使用增强 for 循环遍历
for (int num : numbers) {
    System.out.println(num);
}

// 二维数组遍历
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();
}

数组工具类

Java 提供了 Arrays 类，包含了数组操作的常用方法：

java

import java.util.Arrays;

// 数组排序
int[] numbers = {5, 3, 8, 1, 7};
Arrays.sort(numbers);  // 结果：{1, 3, 5, 7, 8}

// 数组填充
int[] scores = new int[5];
Arrays.fill(scores, 100);  // 结果：{100, 100, 100, 100, 100}

// 数组复制
int[] source = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] dest = Arrays.copyOf(source, 7);  // 结果：{1, 2, 3, 4, 5, 0, 0}

// 数组比较
int[] a = {1, 2, 3};
int[] b = {1, 2, 3};
boolean isEqual = Arrays.equals(a, b);  // 结果：true

// 二分查找（要求数组已排序）
int[] sortedArray = {10, 20, 30, 40, 50};
int index = Arrays.binarySearch(sortedArray, 30);  // 结果：2

字符串

创建字符串

java

// 字符串字面量
String name = "张三";

// 使用构造函数
String message = new String("Hello");

// 字符数组转字符串
char[] chars = {'J', 'a', 'v', 'a'};
String str = new String(chars);

字符串操作

java

String s = "Hello, Java!";

// 获取长度
int length = s.length();  // 12

// 获取字符
char firstChar = s.charAt(0);  // 'H'

// 字符串连接
String s1 = "Hello";
String s2 = "World";
String s3 = s1 + ", " + s2;  // "Hello, World"
String s4 = s1.concat(", ").concat(s2);  // "Hello, World"

// 子字符串
String sub1 = s.substring(7);  // "Java!"
String sub2 = s.substring(0, 5);  // "Hello"

// 字符串查找
int index1 = s.indexOf('J');  // 7
int index2 = s.indexOf("Java");  // 7
int lastIndex = s.lastIndexOf('a');  // 10

// 字符串替换
String replaced = s.replace('l', 'L');  // "HeLLo, Java!"
String replacedAll = s.replaceAll("a", "A");  // "Hello, JAvA!"

// 字符串比较
boolean equals = s1.equals("Hello");  // true
boolean equalsIgnoreCase = "hello".equalsIgnoreCase("HELLO");  // true
int compareResult = s1.compareTo(s2);  // 负数，表示 s1 小于 s2

// 字符串转换
String upper = s.toUpperCase();  // "HELLO, JAVA!"
String lower = s.toLowerCase();  // "hello, java!"

// 去除首尾空白
String trimmed = "  Hello  ".trim();  // "Hello"

// 字符串分割
String text = "apple,banana,orange";
String[] fruits = text.split(",");  // ["apple", "banana", "orange"]

// 判断开始和结束
boolean startsWith = s.startsWith("Hello");  // true
boolean endsWith = s.endsWith("Java!");  // true

// 检查包含关系
boolean contains = s.contains("Java");  // true

// 判空检查
boolean isEmpty = "".isEmpty();  // true
boolean isBlank = "   ".isBlank();  // true (Java 11+)

字符串不变性

Java 中的字符串是不可变的，每次对字符串的修改都会创建一个新的字符串对象。对于频繁修改的场景，应使用 StringBuilder 或 StringBuffer。

java

// 不推荐的做法
String result = "";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    result += i;  // 每次循环都会创建新对象
}

// 推荐的做法
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sb.append(i);
}
String result = sb.toString();

StringBuilder 和 StringBuffer

StringBuilder：非线程安全，但性能较好
StringBuffer：线程安全，但性能略低

java

// StringBuilder 示例
StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(", World");
sb.insert(0, "Java: ");
sb.delete(0, 5);
sb.reverse();
String result = sb.toString();

最佳实践

命名规范：严格遵循 Java 命名规范，使代码更具可读性
适当注释：为关键代码添加注释，使他人容易理解
字符串处理：对于需要频繁修改的字符串，使用 StringBuilder
异常处理：合理使用 try-catch 处理可能出现的异常
资源释放：使用完的资源（如文件、数据库连接）及时关闭
边界检查：在访问数组元素前检查索引是否越界
代码简洁：避免冗余代码，提高代码复用率

常见问题

问题1：基本类型和包装类型的区别？

基本类型直接存储值，而包装类型是对象，可以为 null。常见的包装类型有 Integer、Boolean、Character 等。

问题2：String、StringBuilder 和 StringBuffer 的区别？

String 是不可变的，每次修改都会创建新对象
StringBuilder 是可变的，线程不安全但速度快
StringBuffer 是可变的，线程安全但速度较慢

问题3：数组和列表（ArrayList）的区别？

数组大小固定，不能动态调整；列表大小可变
数组可存储基本类型和对象；列表只能存储对象
数组没有内置方法；列表有丰富的操作方法

参考资料

Java 官方文档
Java 语言规范
Effective Java (作者: Joshua Bloch)
Java 编程思想 (作者: Bruce Eckel)

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基本概念 ​

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JDK、JRE 与 JVM ​

开发环境搭建 ​

安装 JDK ​

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标识符命名规则 ​

数据类型 ​

基本数据类型 ​

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变量与常量 ​

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循环语句 ​

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do-while 循环 ​

跳转语句 ​

数组 ​

数组声明与初始化 ​

数组操作 ​

数组工具类 ​

字符串 ​

创建字符串 ​

字符串操作 ​

字符串不变性 ​

StringBuilder 和 StringBuffer ​

最佳实践 ​

常见问题 ​

问题1：基本类型和包装类型的区别？ ​

问题2：String、StringBuilder 和 StringBuffer 的区别？ ​

问题3：数组和列表（ArrayList）的区别？ ​

参考资料 ​

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do-while 循环

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创建字符串

字符串操作

字符串不变性

StringBuilder 和 StringBuffer

最佳实践

常见问题

问题1：基本类型和包装类型的区别？

问题2：String、StringBuilder 和 StringBuffer 的区别？

问题3：数组和列表（ArrayList）的区别？

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