程序基础及设计 7

单元1程序设计语言入门Java程序设计基础教程（AI助学）（慕课版）人民邮电出版社在当今数字化时代，编程不仅是一种技能，更是一把解锁无限可能的“钥匙”。在校园生活中可能会遇到日常课程表安排混乱、食堂排队等待时间过长、社团活动信息传递不畅等问题，这些琐碎的问题都可以通过编程来解决。例如，可以利用Java编写一款校园活动管理应用，实现活动信息的及时发布和参与者的有效管理，从而提高校园生活的便利性。本单元将介绍Java的发展和特点，讲解Java开发环境的搭建。通过系统学习和实践，读者将逐步掌握Java编程的基本技能，并能进行简单的应用开发。本章导读Thechapter’sintroduction目录导航1.1

Java概述1.2搭建开发环境1.3

Java应用程序开发工具1.4商业实例：“银行提款机”项目——开发环境准备1.5综合实训：使用记事本及PowerShell窗口输出“Helloworld”1.1.1Java的起源Java的起源可以追溯到20世纪90年代初，由Sun公司（现在是Oracle公司的一部分，以下仍称其为Sun公司）的工程师们共同开发。其最初的目标是创建一种能够在各种计算设备上运行的编程语言，以满足不断发展的信息技术需求。起初，这个项目被命名为“Oak”，这个名称来源于Sun公司附近的一棵橡树。然而，由于商标问题，Sun公司决定将这个项目更名为“Java”。Java的设计目标是使代码具有简单、可移植、高性能、安全和可靠性高等特点。为了实现这些目标，Java采用了面向对象的编程方式，并提供了一些实用的特性，使得开发者可以更加专注于业务逻辑的实现，而不必过多关注底层细节。Java正式发布于1995年，这一年被认为是Java的诞生元年。Java一经发布就受到了广泛的关注和认可。它的跨平台特性使得开发者只须编写一次代码，就可以在不同的操作系统和设备上运行，极大地促进了Java的普及和应用。1.1.2Java的发展詹姆斯·戈斯林（JamesGosling）带领团队开始开发Oak，这是Java的前身。1991年01Oak更名为Java，并于当年5月正式发布。这标志着Java的诞生。1995年02Java5发布，进行了Java的重大更新，引入了泛型、枚举、自动装箱/拆箱、可变参数和注解等。2004年03Java8发布，带来了Java历史上最重要的改变之一，引入了Lambda表达式、StreamAPI、新的日期和时间API，以及对默认方法（DefaultMethod）的支持。2014年04Java11发布，它在性能、安全性和稳定性方面进行了改进，并提供了一些新的功能。2018年9月05Java17发布，它引入了一些新的功能并对旧有功能进行了改进，包括SealedClasses的改进、PatternMatchingforSwitch的改进、新的垃圾回收器（ZGC的改进）等。2021年9月06Java21发布，这是一个非常重要的、里程碑式的版本。2023年9月07Java25发布，引入了模块导入声明，紧凑源文件等新特性。2025年9月081.1.3Java的特性跨平台性：Java具有“一次编写，到处运行”（WriteOnce，RunAnywhere）的特性面向对象：Java是一种面向对象的编程语言，支持封装、继承、多态等面向对象特性健壮性：Java在设计上强调安全性和可靠性，可以通过自动内存管理（垃圾回收机制）和异常处理有效防止内存泄漏和程序崩溃，提高程序的健壮性安全性：Java提供了一系列安全特性，如类加载器、安全管理器和沙箱模型，可以防止恶意代码对系统造成危害支持多线程：Java支持多线程编程，提供了丰富的线程操作应用程序接口高性能：JVM的即时编译（Just-In-TimeCompilation）技术和优化技术使得Java在性能上逐渐接近本地编译的语言，且具有较高的运行效率开源生态系统：自Java6开始，Java成为开源软件，Sun公司将Java发布为OpenJDK项目丰富的类库：Java拥有广泛的标准类库（JavaAPI），覆盖网络、数据库、图形用户界面（GraphicalUserInterface，GUI）、数据处理等方面，简化了开发过程，提高了开发效率可扩展性：Java支持模块化编程，可以根据项目的需求进行模块化开发，这使得程序更易扩展和维护社区支持：Java拥有庞大的开发者社区，提供了丰富的学习资源、文档和问题解答，这使得开发者能够更轻松地学习和应用Java技术目录导航1.1

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Java应用程序开发工具1.4商业实例：“银行提款机”项目——开发环境准备1.5综合实训：使用记事本及PowerShell窗口输出“Helloworld”1.2.1认识JDK与JRE在学习Java编程之前，需要了解Java开发工具包（JavaDevelopmentKit，JDK）和Java运行环境（JavaRuntimeEnvironment，JRE），其中JDK包含JRE和开发工具。JDK与JRE的关系如图1.1所示。图1.1JDK与JRE的关系1.2.1认识JDK与JRE1．JREJRE是Java应用程序运行所需的最小环境。它包含JVM和Java核心类库，用于执行Java应用程序。JRE并不包含用于开发Java应用程序的工具，仅提供Java应用程序的运行支持。当用户只需要运行Java应用程序或Java小程序（Applet）时，安装JRE即可。JRE的主要组件如下。①JVM：用于解释和执行Java字节码，并将其转换成特定操作系统的机器码。②Java核心类库：包含一系列Java标准类和方法，提供了Java应用程序所需的核心功能，如输入输出（Input/Output，I/O）、网络、数据结构、GUI等。1.2.1认识JDK与JRE2．JDKJDK是Java开发者用于开发、编译和调试Java应用程序的软件包。它是Java应用程序开发的完整工具集，包含JRE、编译器（javac）、调试器（jdb）、文档生成工具（javadoc）等。使用JDK，开发者可以编写Java代码、将Java代码编译成Java字节码，并在JRE上运行、测试Java应用程序。JDK的主要组件如下。①JRE：详细见本小节第1点。②javac：用于将Java代码编译成Java字节码。③jdb：用于在开发过程中对Java应用程序进行调试和故障排除。④javadoc：用于生成Java代码的文档，方便开发者创建和维护项目文档。1.2.2JDK安装和环境变量配置1．JDK安装从Oracle官网下载应用程序“jdk-8u381-windows-x64.exe”并双击，进入JDK安装界面。（1）下载JDK单击“下一步”按钮，进行定制安装，如图1.2所示。单击“下一步”按钮，修改安装路径，如图1.3所示。修改完成后，单击“下一步”按钮，完成安装，如图1.4所示，单击“关闭”按钮，关闭JDK安装界面。（2）安装图1.2进行定制安装图1.3修改安装路径图1.4完成安装1.2.2JDK安装和环境变量配置按Win+R组合键，打开“运行”对话框，输入命令“cmd”，按Enter键，在打开的命令提示符窗口中输入命令“java-version”并按Enter键，如果输出所安装的JDK版本，则代表安装成功，如图1.5所示。（3）验证图1.5输出所安装的JDK版本，安装成功1.2.2JDK安装和环境变量配置2．通过JDK配置环境变量从Oracle官网下载压缩包“jdk-8u381-windows-x64.zip”，并将其解压至固定目录。（1）下载JDK右击“此电脑”图标，选择“属性”选项，在打开的窗口中单击“高级系统设置”超链接，打开“系统属性”对话框，如图1.6所示，单击“环境变量”按钮，打开“环境变量”对话框。（2）配置环境变量：配置环境变量JAVA_HOME和Path图1.6“系统属性”对话框①配置JAVA_HOME1.2.2JDK安装和环境变量配置单击“系统变量”栏中的“新建”按钮，打开“新建系统变量”对话框，如图1.7所示，设置变量名为“JAVA_HOME”、变量值为JDK解压目录，单击“确定”按钮，JAVA_HOME配置完成。图1.7“新建系统变量”对话框在“环境变量”对话框的“系统变量”列表框中选择“Path”选项，如图1.8所示。单击“编辑”按钮，添加“%JAVA_HOME%\bin”，如图1.9所示，连续单击“确定”按钮至所有对话框关闭。②配置Path图1.8在“系统变量”列表框中选择“Path”选项图1.9添加“%JAVA_HOME%\bin”1.2.2JDK安装和环境变量配置按Win+R组合键，打开“运行”对话框，在对话框中输入命令“cmd”，按Enter键，在打开的命令提示符窗口中输入命令“java-version”并按Enter键，如果输出所安装的JDK版本，则代表环境变量配置成功。（3）验证1.2.3JDK的安装目录文件分析以JDK1.8为例，介绍安装目录中主要文件的作用。JDK的安装目录结构如图1.10所示。①

bin：该目录包含Java开发和运行的工具。其中常用的工具如下。

java：用于运行Java应用程序。

javac：Java编译器，用于将Java代码编译成Java字节码。

javadoc：用于生成Java代码的文档。

jar：用于创建和解压JAR文件（Java归档文件）。

jps：Java进程状态工具，用于查看当前正在运行的Java进程。

jstack：Java堆栈跟踪工具，用于分析Java应用程序的线程状态。②include：该目录包含用于开发本机代码的C/C++头文件。③jre：JDK中的JRE目录。它包含JVM和Java核心类库，用于运行Java应用程序。

图1.10JDK的安装目录结构1.2.3JDK的安装目录文件分析④lib：该目录包含Java开发和运行所需的库文件（JAR文件）。这些库文件包含Java标准类库、第三方库、扩展和插件等。⑤COPYRIGHT：该文件包含JDK的版权信息和使用条款。⑥javafx-src.zip：该文件包含JavaFX（Java的GUI工具）所有核心类库的源代码。⑦LICENSE：该文件包含JDK的许可协议和授权信息。⑧README.html：提供JDK的简要介绍和安装指南。⑨release：该文件是一个特定的文件，包含JDK的版本信息。⑩src.zip：该文件是一个压缩文件，包含Java标准类库的源代码。开发者可以解压该文件，查看Java标准类库的源代码，以便更好地了解Java标准类库的实现细节。目录导航1.1

Java概述1.2搭建开发环境1.3

Java应用程序开发工具1.4商业实例：“银行提款机”项目——开发环境准备1.5综合实训：使用记事本及PowerShell窗口输出“Helloworld”1.3.1使用记事本编写代码1．创建Java文件在记事本的菜单栏中选择“文件”→“新建”选项，新建一个文件，并以文件名“HelloWorld.java”保存到本地。2．编写Java代码双击打开“HelloWorld.java”文件，输入以下Java代码。publicclassHelloWorld{publicstaticvoidmain(String[]args){System.out.println("Hello,World!");}}1.3.1使用记事本编写代码3．保存文件选择“文件”→“保存”选项，保存并关闭文件。4．编译Java文件打开“HelloWorld.java”文件所在的文件夹，按住Shift键并在空白处右击，选择“在此处打开Powershell窗口”选项，如图1.11所示。使用“javac”命令编译Java文件，命令如下。javacHelloWorld.java图1.11打开PowerShell窗口1.3.1使用记事本编写代码如果编译成功，则当前目录下会生成一个名为“HelloWorld.class”的文件，如图1.12所示。图1.12编译成功1.3.1使用记事本编写代码5．执行.class文件继续在PowerShell窗口中输入以下命令来执行生成的.class文件。javaHelloWorld此时，输出“Hello,World!”，如图1.13所示。图1.13执行.class文件1.3.2Eclipse的安装与使用01OPTION02OPTION03OPTION04OPTIONEclipse的下载：打开Web浏览器，访问Eclipse官网，可以看到Eclipse的各种版本。Eclipse有多种不同的套件，适用于不同类型的开发，对于Java开发，应该选“EclipseIDEforJavaDevelopers”版本，这个版本预装了Java开发所需的核心功能。Eclipse的安装：下载完成后，解压下载的Eclipse安装文件（通常是一个压缩文件，如.zip文件或.tar.gz文件）。Eclipse的启动：进入Eclipse安装目录，找到“Eclipse.exe”（Windows）或“Eclipse”（Linux/macOS）可执行文件，双击或在终端中运行它，即可启动Eclipse。配置Eclipse的工作空间：在第一次启动Eclipse时，需要选择工作空间（Workspace），即保存项目和配置的位置。1.3.2Eclipse的安装与使用选择一个目录作为工作空间，并单击“Launch”按钮，如图1.14所示。完成配置后的Eclipse界面如图1.15所示，接下来就可以进行Java开发了。图1.14配置工作空间图1.15完成配置后的Eclipse界面1.3.3IntelliJIDEA的安装与使用IntelliJIDEA是由JetBrains开发的一款领先的集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE），专门用于Java、Kotlin和其他相关技术的开发。它是目前最受欢迎和广泛使用的Java开发工具之一。1．IntelliJIDEA概述打开Web浏览器，访问JetBrains官网，找到IntelliJIDEA，单击进入其下载页面，如图1.16所示，在下载页面中找到对应操作系统的下载选项，选择相应选项进行下载。2．IntelliJIDEA的下载与安装图1.16IntelliJIDEA下载页面下载完成后双击打开IntelliJIDEA安装文件。在Windows操作系统中，IntelliJIDEA安装文件是一个.exe文件，按照安装向导指引进行安装即可。1.3.3IntelliJIDEA的安装与使用在Windows操作系统中，可以在“开始”菜单中找到安装完成的IntelliJIDEA，单击即可启动它。3．启动IntelliJIDEA在第一次启动IntelliJIDEA时，需要选择UI主题、键盘布局等，用户可以根据个人喜好进行配置，然后单击“StartusingIntelliJIDEA”按钮。完成配置后的界面如图1.17所示。4．配置IntelliJIDEA图1.17完成配置后的界面目录导航1.1

Java概述1.2搭建开发环境1.3

Java应用程序开发工具1.4商业实例：“银行提款机”项目——开发环境准备1.5综合实训：使用记事本及PowerShell窗口输出“Helloworld”【商业实例】“银行提款机”项目——开发环境准备“银行提款机”项目是一个综合性的Java实践案例，旨在通过实现用户身份验证、查询余额、存款、取款、转账及交易记录管理等功能，全面覆盖面向对象程序设计、异常处理、文件操作及GUI设计等核心Java知识点。该项目不仅可以锻炼基本编程技能，还可以培养解决实际问题、设计模块化系统及提升用户体验的能力。【商业实例】“银行提款机”项目——开发环境准备任务1：正确安装JDK（1）从官网下载应用程序“jdk-8u381-windows-x64.exe”。（2）双击应用程序搭建开发环境。（3）配置环境变量。任务2：正确安装IntelliJIDEA（1）从官网下载社区版IntelliJIDEA的安装包。（2）双击安装包，或者解压文件至任意目录。（3）双击相应快捷方式，运行开发环境。【商业实例】“银行提款机”项目——开发环境准备任务3：使用IntelliJIDEA输出“Helloworld!”，确保环境正常运行（1）打开IntelliJIDEA。（2）单击“NewProject”按钮，新建项目并设置项目属性，如图1.18、图1.19所示。图1.18新建项目图1.19设置项目属性【商业实例】“银行提款机”项目——开发环境准备（3）单击“Create”按钮后进入项目，在项目中可以看到一个“Main.java”文件，具体项目结构如图1.20所示。图1.20项目结构（4）打开“Main.java”文件，可以看到输出“Helloworld!”的代码，如下所示。packageorg.example;publicclassMain{publicstaticvoidmain(String[]args){