AI赋能Java语言编程：从入门到高阶 课件 第一章 Java简介

Java简介JavaIntroduction第一章目标/OBJECTIVE0102030405了解Java语言的特点了解Java的跨平台特性熟悉Java开发工具和环境的配置学会运行简单的Java程序学会使用Java核心API文档01什么是Java语言1.1什么是Java语言Java语言的特点Java是一种面向对象的编程语言，以其跨平台特性、简洁的语法和强大的生态系统而著称。Java语言自诞生之日起，就广受世界关注，它标志着Java计算时代的到来。Java的众多特点使其广受大众欢迎，尤其是它突出的网络编程能力，使其与Web及Internet紧密相连。语言特点：1.语法简单，功能强大；2.具有跨平台特性；3.分布式计算且具有安全性；4.具有混合模式的运行方式；5.具有多线程程序；6.动态执行特性；7.具有丰富的API文档和类库。1.1什么是Java语言Java的三层结构Java的三层结构体现了分层设计的智慧，这一设计思想在软件开发领域得到了广泛的应用。这种结构的理念起源于对分布式系统和大型企业应用的开发需求的深刻洞察。通过将系统巧妙地划分为表示、业务逻辑和数据访问这三个独立层次，成功提高了系统的可维护性和可扩展性，就如同建造一座高楼大厦时，每一层都承担着独特的责任，共同构成了稳固的建筑结构。Java作为一门广泛应用于企业级应用的编程语言，通过三层结构为开发者提供了一种精妙的架构范式。这种设计思想犹如一位智者的指引，为当时的软件开发注入了新的活力。而如今，这一思想仍然是软件工程中的重要指导原则，就像是一颗恒久不变的北极星，引领着开发者构建出更为可靠、可维护的应用系统。1.1什么是Java语言Java虚拟机1.Java虚拟机不同于其他汇编语言，Java程序并不直接在系统CPU上执行，而是依赖于Java虚拟机（JavaVirtualMachine，JVM）。JVM的作用类似于一个翻译器，将Java源代码翻译成可以在不同平台上执行的中间代码，也就是字节码。JVM的工作原理包括类加载、字节码解释与编译、运行时数据区、垃圾回收以及安全性和运行时检查。在类加载阶段，JVM使用类加载器将字节码加载到内存中，而字节码可以通过解释器逐行解释执行，或者通过即时编译器编译成本地机器码以提高执行效率。运行时数据区的合理划分包括堆、栈、方法区等，而垃圾回收器负责回收不再使用的内存。安全性由安全管理器管理，同时运行时进行各种检查以增强程序的健壮性。1.1什么是Java语言Java虚拟机

2.Java虚拟机性能早期JVM采用解释执行方式，每次运行程序都需要实时将字节码翻译成机器码，这就好比是每次演讲都需要现场翻译，效率自然有所牺牲。然而，随着技术的发展，Java的性能逐渐迎来了显著提升。其中Hotspot技术的引入可视为一个重要的里程碑。Hotspot是由Oracle-Sun开发的一种JVM实现，它引入了即时编译器（Just-In-Timecompiler，JIT）技术。这就像是一位翻译官聪明地提前翻译了一部分文章，使得下次需要的时候，不必重新进行翻译，大大提高了执行效率。通过JIT编译，Hotspot在运行时将热点代码（频繁执行的代码段）直接编译成本地机器码，而不是像传统的解释执行方式那样逐行解释。这种技术使得Java应用在运行时能够更接近本地应用的执行速度。1.1什么是Java语言垃圾收集

Java的垃圾收集（GarbageCollection）就好比是一位高效的清理工，负责检查和回收那些不再被程序使用的内存空间，以确保系统的资源得以有效利用。在Java中，垃圾收集器会定期检查程序运行时生成的对象，识别并清理掉那些不再被引用的对象。相比于像C或C++等语言，Java的垃圾收集机制省去了程序员手动管理内存的麻烦，就如同在生活中，有了垃圾分类和回收，人们不再需要亲自去垃圾场倾倒垃圾一样。这种自动化的垃圾收集方式带来了更大的便利性，减轻了程序员的负担，避免了因为内存泄漏而导致的许多潜在问题。然而，与C或C++等语言相比，Java垃圾收集也存在一些性能上的开销。在实时性要求极高的场景，像C语言一样手动管理内存可能更为灵活。1.1什么是Java语言代码安全Java的代码安全机制好比一座城堡，通过沙箱模型、三级安全检查和Applet审查，构筑了坚实的安全防线。

Java的“沙箱”模型像城堡外城门一样，主要限制程序对系统资源的访问，确保程序在受限环境中运行，避免越界或对系统造成不良影响。Java得到三级安全检查机制类似城堡内城墙，进一步强化安全屏障，包括类加载时的验证、字节码验证和运行时的访问控制。这三道防线确保只有受信任的程序进入城内，没有携带潜在威胁。Applet作为Java程序环境的组成部分，类似城堡内的贵宾，经过严格审查和权限控制，以确保其不越权操作。综合来看，Java的安全设计使得程序能够在相对安全的环境中运行，有效地防范潜在的安全威胁。02一个基本的Java程序1.2一个基本的Java程序Java环境的配置在创建第一个Java程序之前，我们要先安装一些必要的开发工具。首先进入OraCle-Sun公司官网下载Java的JDK软件包，其中包含了Java开发所需的所有工具。在安装好JDK后要正确配置Java_HOME、ClassPATH、Path环境变量，以便系统能够找到JavaC和Java所在目录。首先登录到OraCle-Sun的官网：https://www.oraCle.Com/Cn/Java/teChnologies/downloads/

这个页面提供了所有主流操作系统下当前最新版本的JDK软件包。读者可以根据自己电脑的详细配置情况自行选择。这里以Windows系统为例，当前下载的文件是JDK.21.0.1的版本。1.2一个基本的Java程序Java环境的配置这里选择下载x64MSIinstaller，点击对应链接下载完成之后，打开文件即可直接进入安装过程。如图所示。JDK软件包默认安装位置在C盘，读者也可以自行选择安装位置。如图所示。→1.2一个基本的Java程序Java环境的配置当出现此步骤时，代表Java的JDK安装成功。1.2一个基本的Java程序Java环境的配置完成以上操作以后，切记要配置三个重要的环境变量。首先我们打开系统设置，找到系统栏目下的系统信息，点击高级系统设置，然后就会看到如图所示的环境变量选项。点开以后，在用户变量栏目下新建JAVA_HOME环境变量，变量值为刚才安装的JDK的绝对文件路径,然后点击确定。环境变量的配置如图。创建完成之后，新建环境变量CLASSPATH，其变量值为：.;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar;

（注意不要漏了前面的“.”）最后再新建环境变量Path（注意区分大小写），其变量值为：%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin;

配置系统环境变量

配置环境变量JAVA_HOME配置环境变量CLASSPATH配置环境变量Path1.2一个基本的Java程序Java环境的配置至此，Java的JDK软件包就配置完成了。为了验证自己的安装正确性，可以使用Win+R组合键打开计算机运行窗口，再输入cmd指令打开命令提示符环境。输入Javac指令，如果看到如图所示的帮助信息，则已正确安装。1.2一个基本的Java程序Java应用程序Java程序一般分为两种，一种是Java应用程序（JavaApplication），另一种则是Java小应用程序（Applet）。这两者虽然只有一字之差，但却存在很大的差别。从开发难度和复杂度来说，Java应用程序无疑更加具有挑战性，一般是由大型团队或公司开发，且声明周期长，需要长时间维护更新。而Java小程序则比较小巧灵活，开发难度不高，且不会消耗太多资源。和其他编程语言一致，Java语言也可以创建一个简单的，通常意义下的应用程序。略有不同的是，Java的主类可以直观的体现代码的作用，如图，代码会在屏幕上显示字符串“helloworld”。1.2一个基本的Java程序Java应用程序以上代码包含了一个简单小程序的基本组成。第一行：由一行注释内容的声明标志，两个正斜杠开头。注释不会对程序运行产生影响。第二行：public

classHelloWorld，这里定义了一个类，就像是一份菜单上写着某个菜的名字，这个类的名字是"HelloWorld"，其中public表示这个类是公开的，其他的地方也可以使用。第三行：publicstaticvoidmain(String[]args)，这是定义了一个特殊的方法，就像是一家餐厅的招牌菜，叫做"main"，这是Java程序的入口，当你运行这个程序时，计算机会从这里开始执行。第四行：“{”，这是一个大括号，表示一个代码块的开始，就像是一顿饭的开始，里面放着我们要执行的代码。第五行：System.out.println("helloworld");，这是具体的代码，就像是一道菜，这里的意思是告诉计算机把"helloworld"这句话打印（显示）到屏幕上。第六行：“}”，这是代码块的结束，就像是一顿饭的结束，表示在这里没有更多的代码了。03程序的编译与运行1.3程序的编译与运行编译Java程序支持编译运行和解释运行两种模式。用系统自带文本编辑器（如Windows的记事本），输入HelloWorld程序并保存为文件HelloWorld.Java。注意Java对大小写敏感，确保文件名和Java程序主类名一致。在cmd中打开命令行窗口，进入文件所在磁盘，然后使用cd命令进入包含HelloWorld.Java文件的文件夹。使用dir命令查看文件夹内容，可以看到只有HelloWorld.Java一个文件。使用Javac命令编译程序：Javac-encodingUTF-8HelloWorld.Java再次用dir命令查看，发现文件夹下出现了一个.class的文件，则编译成功。1.3程序的编译与运行编译源文件就是纯文本格式的文件，而Java的执行系统是无法直接识别的。因此必须对源代码进行编译，生成Java字节码的类文件之后才能运行。如果编译器没有反馈错误信息，则证明编译成功。

创建HelloWorld.java程序

编译HelloWorld.java程序1.3程序的编译与运行运行顺利完成以上步骤以后，类文件就可以执行了。Java的解释器是’java’，JVM通过解释器执行类文件。执行以下命令，即可运行程序HelloWorld：JavaHelloWorld//这里的HelloWorld是类名输入命令并回车，结果如图所示。会看到屏幕上显示helloworld，这就是程序输出的结果。04常见错误1.4常见错误编译时错误1.错误提示内容一Javac:Commandnotfound错误原因：包含Javac编译器的路径变量设置错误。请检查环境变量的设置是否正确，大多数情况下Javac编译器都放在JDK下的bin目录中。2.错误提示内容二HelloWorld.java:5:cannotfindsymbolsymbol:variablexSystem.out.println(x);^错误原因：在第5行中，使用了未声明的变量x。要解决此错误，应该先声明并初始化变量x，然后再使用它。1.4常见错误编译时错误对于系统无法识别的标识符（由符号“^”指示的），可能出现以下几种原因：●程序员可能犯了拼写错误，包括大小写不正确。●方法所在的类可能未引入到当前的命名空间。●实例所对应的类中可能未定义要调用的方法。●其他原因。在这里，只展示了一小部分可能的错误，其他错误需要在练习中逐渐熟悉，培养迅速定位和修复错误的能力。1.4常见错误运行时错误1.错误提示内容一Can'tfindclassHelloWorld错误原因：系统无法找到名为HelloWorld的类文件。通常来说，此错误表明类名与源文件名不一致。编译器在生成filename.class文件时，系统使用的是类定义的名称。2.错误提示内容二InclassHelloWorld:mainmustbepublicandstatic错误原因：在HelloWorld类中，main方法必须声明为public和static。错误发生的原因是main方法的修饰符缺少这两个关键字。修饰符public表示该方法是公有的，而static表示该方法是静态的，因为它是程序的入口点，无需创建类的实例就可以调用。3.文件中类的个数错误错误原因：根据Java规范，每个源文件只能包含一个公有类，否则会导致运行时错误。如果有多个公有类，必须将它们分别放在不同的文件中。然而，一个文件可以包含任意数量的非公有类，没有限制。这确保了Java编程的结构清晰性，每个文件对应一个主要的公有类，其他非公有类可以作为辅助或内部实现存在。1.4常见错误运行时错误4.层次错误一个.Java源文件可以包含三个“顶层”元素：●包说明（package语句）：可选，指定类所属的包。●引入语句（import语句）：可选，引入其他包中的类。●类和接口说明：源文件的主体，包括定义的类和接口。这些元素必须按照特定的次序出现：引入语句必须在所有类说明之前。如果使用了包说明，包说明必须在所有类说明和引入语句前出现。总体来说，Java程序结构包括：●包说明（package语句）：零个或一个，必须在文件开头。●引入语句（import语句）：零个或多个，必须在所有类定义之前。●公有的（public）类定义：零个或一个。●类定义：零个或多个。●接口定义：零个或多个。每个Java源文件至少包含一个类，但最多只能包含一个public类。如果源文件包含public类，文件名必须与该类名完全相同，且大小写一致。05使用Java核心API文档1.5使用Java核心API文档Java核心API文档是什么

API（ApplicationProgrammingInterface）：应用程序编程接口简单的来说，API就好比是一个软件的服务窗口。当你需要在自己的程序中使用某个软件的功能时，你可以通过API与这个软件进行交流，就像通过窗口向服务员下单一样。API定义了你可以怎样与软件进行通信，包括发送什么样的请求以及获取什么样的响应。这样，你的程序就可以与其他软件互相合作，实现更丰富的功能，而无需了解对方的具体实现方式。1.5使用Java核心API文档Java核心API文档是什么

Java的核心API文档被组织成了一种层次结构，就像一本书的目录一样。这本“书”的首页是一个主页，上面有链接，点击链接可以进入每个“章节”或“包”的内容。如果你选择了特定的包，就会看到该包里面的所有类和接口的列表。每个类都有一个链接，点击链接可以查看该类的详细信息。这些类的文档都按照相同的格式展示，虽然具体内容可能有所不同。总的来说，Java的核心API有43个“章节”（包），每个“章节”包含一些类和接口，它们又包含一些属性。整个API文档按照一定的顺序列出了各个类的相关内容。由于Java提供的内容非常丰富，读者不太可能在阅读一两本Java教科书后就能完全掌握。在实际编程中，API是不可或缺的工具。实际上，正是由于其丰富的API，Java才取得了如此巨大的成功。1.5使用Java核心API文档Java核心API文档的使用

要查看文档，需要先从公司的网站下载文档文件。假设文件存放在JDK目录下，可以通过在浏览器地址栏中输入jdk\docs\index.html来查看JDK文档。Java核心API文档的初始页面如图所示：1.5使用Java核心API文档Java核心API文档的使用

单击JavaSEAPI进入类文档窗口，如图所示：1.5使用Java核心API文档Java核心API文档的使用

单击JavaSEAPI进入类文档窗口，如图所示：这个窗口分为