Java的基本使用

1、如何运行一个Java源码

打开文本编辑器，输入以下代码：

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

class用来定义一个类，public表示这个类是公开的，public、class都是Java的关键字，必须小写，Hello是类的名字，按照习惯，首字母 H 要大写。

这里有一个 main 方法，该方法有一个参数，参数类型是String[]，参数名是args。public、static用来修饰方法，这里表示它是一个公开的静态方法，void是方法的返回类型。

Java规定，某个类定义的public static void main(String[] args)是Java程序的固定入口方法，因此，Java程序总是从main方法开始执行。

最后，当我们把代码保存为文件时，文件名必须是Hello.java，而且文件名也要注意大小写。注意，文件名跟类名必须完全一致。

如何运行一个Java程序：

Java源码本质上是一个文本文件，我们需要先用javac把Hello.java编译成字节码文件Hello.class，然后，用java命令执行这个字节码文件即可得到输出。可执行文件javac是编译器，而可执行文件java就是虚拟机。

$ javac Hello.java

$ java Hello
Hello, world!

2、Java的基本知识

Java是面向对象的语言，它的一个程序的基本单位就是class。

Java入口程序规定的方法必须是静态方法，方法名必须为main，括号内的参数必须是String数组。Java的每一行语句必须以分号结束。

一个 .java 文件只能包含一个 public 类，但可以包含多个非 public 类，除了一个 public 类，其它类都只能用 default 修饰。如果有 public类，public 类的类名必须与文件名相同。

2.1、一次编写，到处执行

Java介于编译型语言和解释型语言之间。编译型语言如C、C++，代码是直接编译成机器码执行，但是不同的平台（x86、ARM等）CPU的指令集不同，因此，需要编译出每一种平台的对应机器码。解释型语言如Python、Ruby没有这个问题，可以由解释器直接加载源码然后运行，代价是运行效率太低。而Java是将代码编译成一种“字节码”，它类似于抽象的CPU指令，然后，针对不同平台编写虚拟机即JVM，不同平台的虚拟机负责加载字节码并执行，这样就实现了“一次编写，到处运行”的效果。

当然，这是针对Java开发者而言。对于虚拟机，需要为每个平台分别开发。为了保证不同平台、不同公司开发的虚拟机都能正确执行Java字节码，SUN公司制定了一系列的Java虚拟机规范。从实践的角度看，JVM的兼容性做得非常好，低版本的Java字节码完全可以正常运行在高版本的JVM上。

2.2、Java的优势

从互联网到企业平台，Java是应用最广泛的编程语言，原因在于：

Java是基于JVM虚拟机的跨平台语言，一次编写，到处运行；
Java程序易于编写，而且有内置垃圾收集，不必考虑内存管理；

2.3、Java的三个版本（Java SE、EE、ME）

随着Java的发展，SUN给Java又分出了三个不同版本：

Java SE：Standard Edition（核心、基础）
Java EE：Enterprise Edition（开发web应用）
Java ME：Micro Edition（无特殊需求不建议学习）

简单来说，Java SE就是标准版，包含标准的JVM和标准库，而Java EE是企业版，它只是在Java SE的基础上加上了大量的API和库，以便方便开发Web应用、数据库、消息服务等，Java EE的应用使用的虚拟机和Java SE完全相同。

Java ME就和Java SE不同，它是一个针对嵌入式设备的“瘦身版”，Java SE的标准库无法在Java ME上使用，Java ME的虚拟机也是“瘦身版”。

毫无疑问，Java SE是整个Java平台的核心，而Java EE是进一步学习Web应用所必须的。我们熟悉的Spring等框架都是Java EE开源生态系统的一部分。不幸的是，Java ME从来没有真正流行起来，反而是Android开发成为了移动平台的标准之一，因此，没有特殊需求，不建议学习Java ME。

2.4、JDK、JRE 和 JVM

JDK > JRE > JVM

JDK：Java Development Kit
JRE：Java Runtime Environment

简单地说，JRE就是运行Java字节码的虚拟机。但是，如果只有Java源码，要编译成Java字节码，就需要JDK，因为JDK除了包含JRE，还提供了编译器、调试器等开发工具。

二者关系如下：

而 JVM 又是什么呢？我们常说的虚拟机也可以指的是 JVM，在JDK下面的的 jre 目录里面有两个文件夹 bin 和 lib，在这里可以认为 bin 里的就是 jvm，lib 中则是 jvm 工作所需要的类库，而 jvm 和 lib 加起来就称为 jre，即 JVM+Lib =JRE。JVM不能单独搞定class的执行，解释class的时候JVM需要调用解释所需要的类库lib。

JDK的安装及配置可参考：https://www.cnblogs.com/wenxuehai/p/9492355.html

3、数据类型

3.1、基本数据类型

基本数据类型是CPU可以直接进行运算的类型。Java定义了以下几种基本数据类型：

1）整数类型：byte，short，int，long

2）浮点数类型：float，double

3）字符类型：char

4）布尔类型：boolean

在定义 long、float 类型的值时，需要在值加上 l、f 后缀。

3.2、基本数据类型占用的字节数和表示的范围

3.2.1、整数类型

byte 占 1 个字节，能表示的范围 -128 ~ 127 （-2^7 ~ 2^7-1）
short 占 2 个字节，能表示的范围 -32768 ~ 32767 （-2^15 ~ 2^15-1）
int 占 4 个字节，能表示的范围 -2147483648 ~ 2147483647 （-2^31 ~ 2^31-1）
long 占 8 个字节，能表示的范围 -9223372036854774808 ~ 9223372036854774807 （-2^63 ~ 2^63-1）

3.2.2、浮点数类型

float 占 4 个字节，能表示的范围 -2^128 ~ +2^127 （-3.40E+38 ~ +3.40E+38，E表示10的几次方）
double 占 8 个字节，能表示的范围 -2^1024 ~ +2^1023 （-1.79E+308 ~ +1.79E+308）

Java 有两种浮点数据类型，第一种 float 对应单精度浮点数，运行速度相比 double 更快，占内存更小，但是当数值非常大或者非常小的时候会变得不精确，精度要求不高的时候可以使用float类型。double 为 64位表示，将浮点数赋给某个变量时，如果不字面值后面加 f 或者 F，则默认为 double 类型。

float 的精度为7~8位有效数字，double 的精度为16~17位有效数字。

3.2.3、布尔类型

Java 语言对布尔类型的存储并没有做规定，因为理论上存储布尔类型只需要1 bit，但是通常 JVM 内部会把 Boolean 表示为 4 字节整数。

3.3、基本运算和自动类型转换、强制类型转换

在Java中，位移运算属于基本运算，符号是 << 和 >>，即向左位移和向右位移，在Java中只有整数才能位移。

在运算过程中，如果参与运算的两个数类型不一致，那么计算结果为较大类型的整型，因为较小类型的值会被自动转型为较大类型的值。

也可以对值进行强制转型，即将大范围的值转型为小范围的值，强制转型使用： (类型)n。

int i = 10;
long l = i;   //自动类型转换

long l =  200l;
int i = (int)l   //强制类型转换

要注意，超出范围的强制转型会得到错误的结果，因为在转型时只会保留较小类型值的字节数，即前面的那些多余的位数就会被扔掉。

4、Java命名规范

Java 中的命名规范：

项目名全部小写（xxxyyy）
包名全部小写（xxxyyy）
类名和接口名首字母大写，如果由多个单词组成，每个单词的首字母都要大写（XxxYyy）
变量名、方法名使用首字母小写的驼峰命名法（xxxYyy）
常量名全部大写，可用下划线分隔开（XXX_YYY）

所有命名规则必须遵循以下规则：

1)、名称只能由字母、数字、下划线、$符号组成

2)、不能以数字开头

3)、名称不能直接使用JAVA中的关键字，但可以包含关键字。

4)、见名知意，坚决不允许出现中文及拼音命名。

5、Java中的方法参数

5.1、可变参数

可变参数用类型...定义，可变参数相当于数组类型：

class Group {
    private String[] names;

    public void setNames(String... namesArr) {
        this.names = namesArr; //这里的namesArr是一个数组来的 
    }
    public String[] getNames() {
        return names;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Group g = new Group();

    g.setNames("Xiao Ming"); 
    System.out.println(Arrays.toString(g.getNames()));  //[Xiao Ming]

    g.setNames();
    System.out.println(Arrays.toString(g.getNames()));  //[]
    
    g.setNames(new String[] {"aaa", "bbb"});  //也可以直接传入一个数组
    System.out.println(Arrays.toString(g.getNames()));  //[aaa, bbb]
}

5.2、参数传递

在 Java 中，一般情况下，在数据做为参数传递的时候，基本数据类型是值传递，引用数据类型是引用传递（地址传递）。（也有一种说法是Java中的方法参数传递方式只有一种：值传递。其实也就是说引用传递时传递的是地址，也相当于是值传递）

基本类型参数的传递，是值的复制，相当于创建了一个值的副本，函数外和函数内的值互不影响。

引用数据类型是引用传递，即传递了地址过去，相当于创建了一个地址的副本，在函数中如果修改了引用数据类型的值，则实际上修改的是该地址指向的值，所以函数外面的值也会改变，因为它们都是同一个地址。

但是 String 类型的值比较特殊，String 类型的值在创建之后不能被改变，所以如果在函数内修改 string 类型的值，相当于重新创建一个对象，并且将传递过来的地址修改为指向新创建的 string 对象（实际上修改的是地址而不是字符串的值）。而传递过来的地址原本就是一个副本，所以函数外面的string类型的值不会发生改变。相对于其他引用类型来说，string类型是修改传递过来的地址，将地址参数改为指向其他地址，所以实际上修改的是地址。而其他引用类型的值是直接修改该地址中的引用类型的值，实际上是直接修改地址参数指向的值，所以函数外面的引用类型值也会随之发生改变。

可以参考：https://www.cnblogs.com/jiangxin007/p/9076696.html

6、声明和初始化

在 Java 中，局部变量必须经过显式的赋值才能使用它，如果直接使用一个没有被初始化的局部变量，编译器会报错。

但是，如果该变量是类中的成员变量的话，则虚拟机会默认给它一个初始值，无需显式赋值即可引用。

7、Java中的修饰符

Java语言提供了很多修饰符，主要分为以下两类：

访问修饰符
非访问修饰符

修饰符用来定义类、方法或者变量，通常放在语句的最前端。

7.1、访问控制修饰符（public、protected、默认default、private）

Java 中可以使用访问控制符来保护对类、变量、方法和构造方法的访问。

public : 对所有类可见。使用对象：类、接口、变量、方法
protected: 对同一包内的类和所有子类可见。使用对象：变量、方法。 注意：不能修饰类（外部类）。
default (缺省即什么也不写）: 在同一包内可见，不使用任何修饰符。使用对象：类、接口、变量、方法。注意不是写”default“关键字，而是什么都没写。
private : 在同一类内可见。使用对象：变量、方法。注意：不能修饰类（外部类）

对于类的修饰符只可以用 public 和 default（缺省）。一个 Java 文件除了一个 public 类，其它的类只能缺省修饰。

请注意：下图中的子类指的是不同包中的子类：

子类和父类在同一个包下，只要父类中的变量不是 private 修饰的都可以访问。

子类和父类不在同一个包中，子类只能访问父类中 public 和 protected 修饰的变量。

7.2、非访问修饰符（static、final、abstract、synchronize和volatile）

为了实现一些其他的功能，Java 也提供了许多非访问修饰符。

static 修饰符，用来修饰类方法和类变量。

final 修饰符，用来修饰类、方法和变量。final 修饰的类不能够被继承，修饰的方法不能被继承类覆写，修饰的变量为常量，一旦赋值后就不可修改。final修饰的变量可以在声明时即赋值，也可以先声明，后在构造函数或者代码块中赋值。

abstract 修饰符，用来创建抽象类和抽象方法。

synchronized 和 volatile 修饰符，主要用于线程的编程。

7.2.1、static 修饰符

类中用 static 修饰的字段和方法被称为静态字段和静态方法。

静态字段和静态方法并不属于实例，而是类本身的字段或者方法。静态字段和静态方法对于所有的实例而言都是只有一个共享“空间”，所有实例都会共享该字段或者方法。

静态字段（类变量）：static 关键字用来声明独立于实例对象的静态变量，无论一个类实例化多少对象，它的静态变量只有一份拷贝。对于静态字段，无论修改哪个实例的静态字段，所有实例的该字段都将会被修改了。注意：局部变量不能被声明为 static 变量。

静态方法（类方法）：static 关键字用来声明独立于实例对象的静态方法。静态方法内部不能使用类的非静态变量，因为静态方法属于class而不属于实例，因此，静态方法内部，无法访问 this 变量，也无法访问实例字段和非静态方法，它只能访问静态字段和静态方法。

对类的静态变量和方法的访问 Java 中是推荐直接使用类名.变量名和类名.方法名（注意是直接写类名而不是实例名）的方式访问。虽然通过实例变量.静态字段和实例变量.方法名也可以访问到静态变量，但这只是因为编译器可以根据实例类型自动转换为类名xxx来访问静态字段或者方法而已。

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Person.number);
}

class Person {
    public static int number;
}

在静态方法中直接调用非静态方法会报错，只能直接调用静态方法，但是可以通过实例化类对象来调用非静态方法：

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        show();
        show2();                //直接调用非静态方法会编译错误，Cannot make a static reference to the non-static method show2() from the type Hello
        Hello h = new Hello();  //可以通过实例化一个类对象来调用，此时不会报错
        h.show2();
  
    }    
    private static void show() {
        System.out.println("hi");
    }    
    private void show2() {
        System.out.println("hi2");
    }
}

为什么 static 方法只能调用静态方法，可以参考：https://blog.csdn.net/x6696/article/details/80798471

7.3、default 关键字

在 Java 中，default 关键字的用法不多，只有两种情况会用到：

在switch语句的时候使用default
在定义接口的时候使用default来修饰具体的方法

请注意：default 关键字和不写修饰符时的默认（default）是不同的概念。

7.4、Java 中方法（变量）修饰符的使用顺序

访问控制修饰符：public private protected (default)
static 静态；abstract 抽象方法/类
final 常量。可选，不能和abstract共存
返回值类型
方法名 / 变量名

8、Java中关于 String 的操作

8.1、创建字符串

在Java中，String是一个引用类型，它本身也是一个class。但是，Java编译器对String有特殊处理，即可以直接用 "xxx" 来表示一个字符串，实际上字符串在String内部是通过一个char[]数组表示的。

String s1 = new String("hello");    //通过new关键字创建字符串
String s1 = "Hello!";               //字面量方式创建字符串，推荐使用

String s2 = new String(new char[] {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!'});   //Java内部实际上创建字符串

Java字符串的一个重要特点就是字符串不可变。这种不可变性是通过内部的private final char[]字段，以及没有任何修改char[]的方法实现的。

关于字符串的操作有很多方法，但所有关于字符串的修改都不会改变原字符串，而是返回新的字符串，原有的字符串不会发生改变。

public static void main(String[] args) {
    String s = "aA";
    String s2 = s.toLowerCase();
    System.out.println(s);   //aA
    System.out.println(s2);  //aa
}

8.2、字符串的equals()方法

当我们想要比较两个字符串是否相同时，要特别注意，我们实际上是想比较字符串的内容是否相同。必须使用equals()方法而不能用 == ，==判断的是字符串之间的引用即地址是否相同而不是字符串内容。

equals 方法实际上是 Object 类的方法，默认的 equals 方法比较的是两个对象引用是否一样，作用与 == 相同，但 String 类（还有比如File、Date）覆写了该方法，覆写后比较的是内容而不是引用。

public static void main(String[] args) {
    String s1 = "hello";
    String s2 = "hello";
    System.out.println(s1 == s2);       //true 这里为true实际上只是因为Java编译器在编译期，会自动把所有相同的字符串当作一个对象放入常量池，所以s1和s2的引用是相同的。
    System.out.println(s1.equals(s2));  //true 字符串的内容比较一定要使用equals方法
     
    String s3 = "HELLO".toLowerCase();
    System.out.println(s1 == s3);       //false  使用 == 进行比较会得到错误的结果
    System.out.println(s1.equals(s3));  //true
}

上面代码中，s1 == s2 为 true 是因为在使用字面量方式创建字符串时，如果新创建一个相同内容的字符串对象，Java会将该新建的对象引向常量池中已存在相同内容的对象地址，所以才为 true。当使用new关键字创建时，此时 Java 会重新在堆中创建一个新对象，所以此时用等号比较会是 false。

所以，使用字面量创建字符串更省内存，所以我们推荐使用字面量方式创建字符串。

9、Java中关于数组的操作

9.1、定义一个数组

在 Java 中，使用 ‘类型[] = new 类型[]’ 的形式来定义一个数组。在 Java 中，定义一个数组的同时，必须指定该数组可容纳的元素数量，否则的话编译不会通过。

//定义一个整型数组
int[] ns = new int[5];
//定义一个字符串数组
String[] arr = new String[3];

String[] arr = new String[];  //报错

或者可以在定义数组时直接指定数组的初始元素，这样就不必写出数组大小，编译器会自动推算出数组的大小。

//直接给数组赋值
int[] ns = new int[] { 68, 79, 91, 85, 62 };

//简写（推荐使用）
int[] ns = { 68, 79, 91, 85, 62 };

9.2、Java中数组的特点

Java的数组有几个特点：

数组所有元素初始化为默认值，整型都是0，浮点型是0.0，布尔型是false；
数组一旦创建后，大小就不可改变。

数组是引用类型，并且数组大小不可变。如下：

int[] ns;
ns = new int[] { 68, 79, 91, 85, 62 };
System.out.println(ns.length); // 5
ns = new int[] { 1, 2, 3 };
System.out.println(ns.length); // 3

上面的代码看上去数组好像是变了，但其实根本没变。只不过一开始时 ns 指向一个5个元素的数组，后面又指向一个3个元素的数组而已，原有的数组并没有发生改变，只是 ns 的指向发生了改变而已。

9.3、遍历数组

9.3.1、for 循环遍历数组

因为数组的每个元素都可以通过索引来访问，所以我们可以通过for循环就可以遍历数组

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int i=0; i<ns.length; i++) {
         int n = ns[i];
         System.out.println(n);
}

9.3.2、for each循环遍历数组

在for(int n : ns)循环中，直接拿到的是数组的元素，而不是索引。

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int n : ns) {
      System.out.println(n);  //1  4  9 16 25
}

10、Java中的包装类

为了能将基本类型视为对象进行处理，并能连接相关的方法，java为每个基本类型都提供了包装类，在Java 中提供了 8 种基本数据类型及对应的 8 种包装数据类型

包装类使得一个基本类型的数据变成了类，有了类的特点，可以调用类的方法

10.1、包装类的构造方法

包装类可以将与之对应的基本数据类型作为参数来构造实例，也可以将一个字符串作为参数构造它们的实例

Integer i=new Integer(1);
Integer i=new Integer("123");

Boolean b=new Boolean(true);
Boolean b=new Boolean(“ok");

注意事项：

1）Boolean类构造方法参数为String类型时，若该字符串内容为 true(不考虑大小写)时，则该 Boolean 对象表示true，否则表示 false。

2）当构造方法参数为 String 类型时，字符串不能为 null，并且该字符串必须可转换为相应的基本数据类型的数据，否则就算编译通过，运行时也会报 NumberFormatException 异常。

10.2、装箱和拆箱

自动装箱即自动将基本数据类型转换成包装类型。

在 Java 5 之前，要将基本数据类型转换成包装类型只能这样做，看下面的代码。

Integer i1 = new Integer(8);
Integer i1 = new Integer("8");

Java5 之后即支持自动装箱，如下代码：

Integer i3 = 8;    //自动装箱
Integer i2 = Integer.valueOf(8);    //原理就是调用包装类的 valueOf 方法

自动拆箱即自动将包装类型转换成基本数据类型，与自动装箱相反。

int i4 = i3;   //自动拆箱
int i5 = i3.intValue();

上面就是自动拆箱，自动拆箱的原理就是调用包装类的 xxxValue （xxx表示的是基本数据类型的写法）方法

10.3、包装类的应用场景

1）集合类泛型只能是包装类

// 编译报错
List<int> list1 = new ArrayList<>();

// 正常
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();

2）成员变量不想有默认值时可以使用包装类

基本数据类型的成员变量都有默认值，如下面代码 status 默认值为 0，如果定义中 0 代表失败，那样就会有问题，这样只能使用包装类 Integer，它的默认值为 null,所以就不会有默认值影响。

private int status;

3) 方法参数允许定义空值

下面的代码，方法参数定义的是基本数据类型 int，所以必须得传一个数字过来，不能传 null，很多场合我们希望是能传递 null 的，所以这种场合用包装类比较合适。

private static void test1(int status){
    System.out.println(status);
}