第一知识单元
基本知识概述
Java程序设计 第1讲，主讲人：李欣
Created: 2024-09-04 Wed 20:28
0.1. 互动课堂
https://www.memopixel.com/course/java-2024/slides/lesson01?room=dhvk7ahgl1h86vmps5kj85lwuxfu4tcu
0.2. 签到
0.3. 投票测试
| 参与人数 | 0 |
|---|---|
| 我选C语言！ | 0 |
| 我选Java！ | 0 |
0.4. 教师简介
| 教师姓名 | 李欣 |
| 工作单位 | 北方工业大学 信息学院 |
| 电子邮箱 | lx@ncut.edu.cn |
| 办公地点 | 瀚学楼1122 |
| 固定电话 | 010-8880-1685 |
0.5. 课程简介
本课程为计算机专业 选修 课程，授课对象为计算机科学与技术专业的本科生。
本课程将系统地介绍 Java语言程序设计 的 基本知识 、 基本方法 和 技巧 ， 达到：
- 会用Java语言 编写 应用程序，能 阅读分析 用Java语言书写的程序
- 能较为熟练地上机 操作 和 调试
为后续的 软件工程 、 计算机网络 等专业课程的学习打下良好的理论和实践基础。
0.6. 课程安排
- 课堂教学 32学时
- 第一知识单元 ：基本知识概述 2学时
- 第二知识单元 ：Java语言基础 2学时
- 第三知识单元 ：面向对象程序设计 8学时
- 第四知识单元 ：工具类与算法 4学时
- 第五知识单元 ：高级编程 8学时
- 第六知识单元 ：综合应用 8学时
- 课内实验 16学时
- 实验一 ：Java编程环境安装配置 2学时
- 实验二 ：分支和循环程序设计 2学时
- 实验三 ：面向对象编程 4学时
- 实验四 ：工具类与算法 4学时
- 实验五 ：输入输出和多线程 2学时
- 实验六 ：网络和数据库 2学时
共计48学时
0.7. 成绩构成
- 期末考试 ：70%（ 卷面成绩 ）
- 平时成绩 ：30%（ 出勤情况 、 课后作业 、 实验报告 ）
0.8. 上课时间（24级）
- 计专起本24
- 计贯通24
- 信安贯通24
- 智能贯通24
0.8.1. 1-8周
| 周次 | 周三 7-8节 | 周五 5-6节 |
|---|---|---|
| 1 | [2024-09-11 Wed] 910 911 | [2024-09-13 Fri] 浩学东304 |
| 2 | [2024-09-20 Fri] 浩学东304 | |
| 3 | [2024-09-25 Wed] 910 911 | [2024-09-27 Fri] 浩学东304 |
| 4∗ | [2024-10-04 Fri] 浩学东304 | |
| 5 | [2024-10-09 Wed] 910 911 | [2024-10-11 Fri] 浩学东304 |
| 6 | [2024-10-18 Fri] 浩学东304 | |
| 7 | [2024-10-23 Wed] 910 911 | [2024-10-25 Fri] 浩学东304 |
| 8 | [2024-11-01 Fri] 浩学东304 |
* 国庆期间将根据学校最新通知进行课程计划
0.8.2. 9-16周
| 周次 | 周三 7-8节 | 周五 5-6节 |
|---|---|---|
| 9 | [2024-11-06 Wed] 910 911 | [2024-11-08 Fri] 浩学东304 |
| 10 | [2024-11-15 Fri] 浩学东304 | |
| 11 | [2024-11-20 Wed] 910 911 | [2024-11-22 Fri] 浩学东304 |
| 12 | [2024-11-29 Fri] 浩学东304 | |
| 13 | [2024-12-04 Wed] 910 911 | [2024-12-06 Fri] 浩学东304 |
| 14 | [2024-12-13 Fri] 浩学东304 | |
| 15 | [2024-12-18 Wed] 910 911 | [2024-12-20 Fri] 浩学东304 |
| 16 | [2024-12-27 Fri] 浩学东304 |
答疑
- 时间 ：每周三5-6节
- 地点 ：瀚学楼1122 或腾讯会议线上进行
0.9. 上课时间（22、23级）
- 计贯通23
- 计专起本23-12
- 计22-123
- 计实验22
0.9.1. 1-8周
| 周次 | 周三 7-8节 | 周五 7-8节 |
|---|---|---|
| 1 | [2024-09-13 Fri] 浩学东304 | |
| 2 | [2024-09-18 Wed] 910 911 | [2024-09-20 Fri] 浩学东304 |
| 3 | [2024-09-27 Fri] 浩学东304 | |
| 4∗ | [2024-10-02 Wed] 910 911 | [2024-10-04 Fri] 浩学东304 |
| 5 | [2024-10-11 Fri] 浩学东304 | |
| 6 | [2024-10-16 Wed] 910 911 | [2024-10-18 Fri] 浩学东304 |
| 7 | [2024-10-25 Fri] 浩学东304 | |
| 8 | [2024-10-30 Wed] 910 911 | [2024-11-01 Fri] 浩学东304 |
* 国庆期间将根据学校最新通知进行课程计划
0.9.2. 9-16周
| 周次 | 周三 7-8节 | 周五 7-8节 |
|---|---|---|
| 9 | [2024-11-08 Fri] 浩学东304 | |
| 10 | [2024-11-13 Wed] 910 911 | [2024-11-15 Fri] 浩学东304 |
| 11 | [2024-11-22 Fri] 浩学东304 | |
| 12 | [2024-11-27 Wed] 910 911 | [2024-11-29 Fri] 浩学东304 |
| 13 | [2024-12-06 Fri] 浩学东304 | |
| 14 | [2024-12-11 Wed] 910 911 | [2024-12-13 Fri] 浩学东304 |
| 15 | [2024-12-20 Fri] 浩学东304 | |
| 16 | [2024-12-25 Wed] 910 911 | [2024-12-27 Fri] 浩学东304 |
答疑
- 时间 ：每周三5-6节
- 地点 ：瀚学楼1122 或腾讯会议线上进行
0.10. 教材
- 书名 ：Java语言与面向对象程序设计（第2版）
- 作者 ：印旻、王行言
- 出版社 ：清华大学出版社（2007.11，2020.1重印）
Figure 1: 教材封面
0.11. 参考书
| 书名 | 作者 | 出版社 | 出版时间 |
|---|---|---|---|
| Java程序设计（第2版） | 唐大仕 | 清华大学出版社 | 2015.02 |
| Core Java (Volume I & II), 10th edition | （美）Horstmann, Gary Cornell | Prentice Hall | 2015.11 |
| Thinking in Java, 4th edition | （美）Bruce Eckel | Prentice Hall | 2006.02 |
0.12. 课程整体目标
- 课程目标1
- 掌握 Java语言的 词法 、 数据类型 、 流程控制 等基本知识和
面向对象 程序设计思想的Java实现； - 了解 Java常用的 系统类 ；
- 学习 异常处理 、 线程 、 网络通信 、 数据库 访问以及一些高级技术等内容；
- 运用 所学的Java程序设计知识编写 Java Application 程序，解决实际的问题。
- 掌握 Java语言的 词法 、 数据类型 、 流程控制 等基本知识和
- 课程目标2
- 熟练使用 Java语言程序 开发环境 ；
- 掌握 熟练的上机 编程 和程序 调试 的能力， 掌握 设计 和 调试 程序的方法和技巧。
- 在 理解 数学基础 知识的基础上， 掌握 计算机在 存储 、 处理数据 上的不同，并应用于解决实际问题。
- 培养 程序设计能力 和 逻辑思维能力 ， 理解 不同环境 和工具的
应用场景 。
0.13. 本次课的目标
- 程序设计与Java语言
- 了解 程序设计语言的 发展趋势 和 应用场景
- 了解 什么是计算机语言
- 了解 程序设计的 任务
- 了解 Java语言的 特点
- 开发环境
- 了解 Java语言的 三个版本
- 了解 Java程序 类型 与 运行机制
- 示例程序分析
- 分析 简单的 Java Application 程序
- 理解 语言的 特点 和 运行机制
- 编程环境与工具
- 了解 JDK 与 Eclipse 集成开发环境
1. Java版本命名变化
| 版本 | 发布日期 |
|---|---|
| JDK Beta | 1995年 |
| JDK1.0 | 1996年1月23日 |
| JDK 1.1 | 1997年2月19日 |
| J2SE 1.2 | 1998年12月8日 |
| J2SE 1.3 | 2000年5月8日 |
| J2SE 1.4 | 2002年2月6日 |
| J2SE 5.0 | 2004年9月30日 |
| Java SE 6 | 2006年12月11日 |
| Java SE 7 | 2011年7月28日 |
| Java SE 8 | 2014年3月18日 |
| 版本 | 发布日期 |
|---|---|
| Java SE 9 | 2017年9月21日 |
| Java SE 10 | 2018年3月20日 |
| Java SE 11 | 2018年9月25日 |
| Java SE 12 | 2019年3月19日 |
| Java SE 13 | 2019年9月17日 |
| Java SE 14 | 2020年3月17日 |
| Java SE 15 | 2020年9月15日 |
| Java SE 16 | 2021年3月16日 |
| Java SE 17 | 2021年9月14日 |
| Java SE 18 | 2022年3月22日 |
2. Java开发环境
参考教材
- 2.1 pp.14-15
- 10.1 pp.375-380
2.1. 名词解释
2.1.1. JDK, JSDK, JRE
Java Development Kit JDK Java开发工具包
- 包括运行环境、编译工具和类库等，基本上和J2SE等同。
Java Software Development Kit JSDK Java软件开发工具包
- 和JDK以及J2SE等同。
Java Runtime Environment JRE Java运行环境
- 运行JAVA程序所必须的环境的集合，包含JVM及Java核心类库。
2.1.2. JVM
Java Virtual Machine JVM Java虚拟机
- 它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
- Java虚拟机有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。
- JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息， 使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码）， 就可以在多种平台上不加修改地运行。
- Java虚拟机在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。
2.1.3. Java SE, Java EE, Java ME
Java Platform, Standard Edition Java SE
- Java SE以前称为J2SE，包含那些构成Java语言核心的类。 如：数据库连接、接口定义、输入/输出、网络编程等。 主要用于桌面应用软件的编程。
Java Platform, Enterprise Edition Java EE
- Java EE以前称为J2EE，包含J2SE中的类及用于开发企业级应用的类。 如：EJB、servlet、JSP、XML、事务控制。 主要用于分布式的网络程序的开发，如电子商务网站和ERP系统。
Java Platform, Micro Edition Java ME
- Java ME以前称为J2ME，为在移动设备和嵌入式设备（比如手机、PDA、电视机顶盒和打印机）上 运行的应用程序提供一个健壮且灵活的环境。
2.2. 下载安装
2.2.1. 官方网站
| 官方网站 | 备注 |
|---|---|
| http://java.sun.com/ | Stanford University Network (Sun) 时代 |
| https://www.oracle.com/java/technologies/ | 2009年4月被Oracle收购后 |
Figure 2: JDK下载页面（ URL: https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/ ）
2.2.2. 获取JDK
For Windows
wget https://download.oracle.com/java/18/latest/jdk-18_windows-x64_bin.zip
unzip jdk-18_windows-x64_bin.zip
ls jdk-18.0.2.1/
wget -Uri https://download.oracle.com/java/18/latest/jdk-18_windows-x64_bin.zip -OutFile jdk-18_windows-x64_bin.zip -Verbose
Expand-Archive .\jdk-18_windows-x64_bin.zip -DestinationPath .
# or use 7-zip (https://www.7-zip.org/)
ls .\jdk-18.0.2.1\
wget https://download.oracle.com/java/18/latest/jdk-18_windows-x64_bin.zip
unzip jdk-18_windows-x64_bin.zip
ls jdk-18.0.2.1/
# LICENSE* README* bin/ conf/ include/ jmods/ legal/ lib/ release*
wget https://download.oracle.com/java/18/latest/jdk-18_windows-x64_bin.zip.sha256
sha256sum jdk-18_windows-x64_bin.zip
# 13298d390892ff6279ddb70bf364dbb3ff62814551997ba79c364f36c36e377a jdk-18_windows-x64_bin.zip
cat jdk-18_windows-x64_bin.zip.sha256
# 13298d390892ff6279ddb70bf364dbb3ff62814551997ba79c364f36c36e377a
wget -Uri https://download.oracle.com/java/18/latest/jdk-18_windows-x64_bin.zip.sha256 -OutFile jdk-18_windows-x64_bin.zip.sha256 -Verbose
(Get-FileHash -Algorithm sha256 .\jdk-18_windows-x64_bin.zip).Hash.toLower()
# 13298d390892ff6279ddb70bf364dbb3ff62814551997ba79c364f36c36e377a
cat jdk-18_windows-x64_bin.zip.sha256
# 13298d390892ff6279ddb70bf364dbb3ff62814551997ba79c364f36c36e377a
For Linux
wget https://download.oracle.com/java/18/latest/jdk-18_linux-x64_bin.tar.gz
tar xvf jdk-18_linux-x64_bin.tar.gz
cd jdk-18.0.2.1/
For macOS
wget https://download.oracle.com/java/18/latest/jdk-18_macos-x64_bin.tar.gz
tar xvf jdk-18_macos-x64_bin.tar.gz
cd jdk-18.0.2.1.jdk/
For Ubuntu
javac
# Command 'javac' not found, but can be installed with:
#
# sudo apt install openjdk-11-jdk-headless # version 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04, or
# sudo apt install default-jdk # version 2:1.11-72
# sudo apt install ecj # version 3.16.0-1
# sudo apt install openjdk-13-jdk-headless # version 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04
# sudo apt install openjdk-16-jdk-headless # version 16.0.1+9-1~20.04
# sudo apt install openjdk-17-jdk-headless # version 17.0.4+8-1~20.04
# sudo apt install openjdk-8-jdk-headless # version 8u342-b07-0ubuntu1~20.04
sudo apt install default-jdk
apt list | grep openjdk
# openjdk-11-dbg/focal-updates,focal-security 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-11-demo/focal-updates,focal-security 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-11-doc/focal-updates,focal-security 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 all
# openjdk-11-jdk-headless/focal-updates,focal-security,now 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 amd64 [インストール済み、自動]
# openjdk-11-jdk/focal-updates,focal-security,now 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 amd64 [インストール済み、自動]
# openjdk-11-jre-dcevm/focal 11.0.3+1-1 amd64
# openjdk-11-jre-headless/focal-updates,focal-security,now 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 amd64 [インストール済み、自動]
# openjdk-11-jre-zero/focal-updates,focal-security 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-11-jre/focal-updates,focal-security,now 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 amd64 [インストール済み、自動]
# openjdk-11-source/focal-updates,focal-security 11.0.16+8-0ubuntu1~20.04 all
# openjdk-13-dbg/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-13-demo/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-13-doc/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 all
# openjdk-13-jdk-headless/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-13-jdk/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-13-jre-headless/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-13-jre-zero/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-13-jre/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 amd64
# openjdk-13-source/focal-updates 13.0.7+5-0ubuntu1~20.04 all
# openjdk-16-dbg/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 amd64
# openjdk-16-demo/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 amd64
# openjdk-16-doc/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 all
# openjdk-16-jdk-headless/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 amd64
# openjdk-16-jdk/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 amd64
# openjdk-16-jre-headless/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 amd64
# openjdk-16-jre-zero/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 amd64
# openjdk-16-jre/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 amd64
# openjdk-16-source/focal-updates,focal-security 16.0.1+9-1~20.04 all
# openjdk-17-dbg/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 amd64
# openjdk-17-demo/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 amd64
# openjdk-17-doc/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 all
# openjdk-17-jdk-headless/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 amd64
# openjdk-17-jdk/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 amd64
# openjdk-17-jre-headless/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 amd64
# openjdk-17-jre-zero/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 amd64
# openjdk-17-jre/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 amd64
# openjdk-17-source/focal-updates,focal-security 17.0.4+8-1~20.04 all
2.3. 环境变量
2.3.1. Windows
Figure 3: 设置
- SystemPropertiesComputerName
- SystemPropertiesHardware
- SystemPropertiesAdvanced
- SystemPropertiesProtection
- SystemPropertiesRemote
2.3.2. Linux
Or WSL2, macOS, Ubuntu…
export CLASSPATH=.:/home/username/your-classpath/
# or
# javac MySQLDemo.java
java -cp .:mysql-connector-java-8.0.26.jar MySQLDemo # -classpath or --class-path
2.4. Eclipse
参考教材
- 10.2 pp.380-397
下载链接
https://www.eclipse.org/downloads/
https://www.eclipse.org/downloads/packages/release/2022-06/r/eclipse-ide-java-developers
3. 通过程序认识Java
3.1. 源程序编辑
参考教材
- 2.2.1 pp.16-17
// MyJavaApplication.java
import java.io.*;
public class MyJavaApplication
{
public static void main(String args [])
{
System.out.println("Hello, Java World!");
} // 行注释：end of main method
} // end of class
3.2. 字节码的编译生成
参考教材
- 2.2.2 pp.17-18
javac MyJavaApplication.java
java MyJavaApplication
# Hello, Java World!
3.3. 定义多个类的情况
// MyApplication2.java
import java.io.*;
public class MyApplication2
{
public static void main(String args [])
{
System.out.println(UserClass.msMessage);
}
}
class UserClass
{
static String msMessage = "Message from ...";
}
3.4. 字节码的解释与运行
参考教材
- 2.2.3 pp.18-20
ls -l
# 合計 20
# -rw-rw-r-- 1 x x 475 8月 25 00:45 MyApplication2.class
# -rw-rw-r-- 1 x x 247 8月 25 00:45 MyApplication2.java
# -rw-rw-r-- 1 x x 446 8月 25 00:45 MyJavaApplication.class
# -rw-rw-r-- 1 x x 234 8月 25 00:45 MyJavaApplication.java
# -rw-rw-r-- 1 x x 325 8月 25 00:45 UserClass.class
4. Java语言的特点
参考教材
- 2.6 pp.31-32
%%{init: { 'theme': 'forest', 'fontFamily': 'Times New Roman, KaiTi' }}%%
graph TB
java["Java语言的特点"]
java --- a["平台无关性"]
java --- b["面向对象"]
java --- c["安全稳定"]
java --- d["支持多线程"]
java --- e["简单易学"]
4.1. 与C和C++相比Java的特点
| 考察项 | 与C和C++相比Java的特点 |
|---|---|
| 全局变量 | 全局变量封装在类中，更加 安全 |
| 条件转移指令 | 没有 goto 语句，提高了程序的 可读性 |
| 指针 | 没有指针，数组主要通过 类 来实现 |
| 内存管理 | 有 自动垃圾回收 机制，避免了系统崩溃 |
| 数据类型 | 数据类型分配固定长度，具有 一致性 、 平台无关性 和 可移植性 |
| 类型转换 | 转换时进行严格的相容性检查 |
| 头文件 | 改用更先进的包来管理 |
| 编译预处理 | 不支持 |
| 结构体和共用体 | 不支持 |
| 常量 | 定义方式不同 |
| 多重继承 | 接口 |
| 异常处理 | 更 健壮 |
| 面向对象 | 纯面向对象，完全基于 类 、 对象 |
5. 课后作业
参考教材 第一章 、 第二章 与 第十章 内容，解答以下题目。
- 分别描述
java与javac命令的用途。 - 下载自己操作系统对应的JDK软件包，解压后查看其具有哪些子目录，同时描述每个子目录中存放文件的用途。
- 编写一个Java Application，利用JDK软件包中的工具编译并运行这个程序，
在屏幕上输出
I love Java!或I don't like Java.或I don't want to tell you if I like Java. - 教材习题1-7 面向对象程序设计方法有哪些优点？
- 教材习题2-7 Java语言有哪些主要特点？
第一知识单元 基本知识概述 Java程序设计 第1讲，主讲人：李欣 Created: 2024-09-04 Wed 20:28