Java基础知识总结（超详细整理）

猫头虎

发布于 2025-03-15 21:02:46

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Java基础知识总结（超详细整理）
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

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：

Java虚拟机（JVM）：负责执行Java字节码。
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：打开终端，编辑~/.bash_profile或~/.bashrc文件。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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原始发表：2025-03-14，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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