《Java基础思维导图》

一、 Java 简介

1.1 发展历程

• Sun Microsystems (1995)
• Oracle (2010)

1.2 特性

• 简单性： 自动内存管理（垃圾回收）、易于学习。
• 面向对象： 封装、继承、多态。
• 平台无关性： JVM (Java Virtual Machine)，Write Once, Run Anywhere。
• 安全性： 沙箱机制，防止恶意代码。
• 多线程： 并发执行。
• 健壮性： 异常处理，类型检查。
• 高性能： JIT (Just-In-Time) 编译器。

1.3 组成

• JDK (Java Development Kit)： 开发工具包，包含JRE、编译器、调试器等。
• JRE (Java Runtime Environment)： 运行环境，包含JVM和核心类库。
• JVM (Java Virtual Machine)： Java虚拟机，负责解释执行字节码。

二、 Java 语法基础

2.1 数据类型

• 基本数据类型：
  • 整数型：
    • byte (1 字节)
    • short (2 字节)
    • int (4 字节)
    • long (8 字节)
  • 浮点型：
    • float (4 字节)
    • double (8 字节)
  • 字符型：
    • char (2 字节)
  • 布尔型：
    • boolean (true 或 false)
• 引用数据类型：
  • 类 (Class)
  • 接口 (Interface)
  • 数组 (Array)
  • 枚举 (Enum)

2.2 变量

• 定义： 存储数据的内存空间。
• 声明： 指定变量名和数据类型。
• 初始化： 赋值。
• 作用域： 变量的可见范围。
• 生命周期： 变量存在的时长。

2.3 运算符

• 算术运算符： +, -, *, /, %, ++, --
• 关系运算符： ==, !=, >, <, >=, <=
• 逻辑运算符： &&, ||, !
• 位运算符： &, |, ^, ~, <<, >>, >>>
• 赋值运算符： =, +=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=, >>>=
• 三元运算符： condition ? expression1 : expression2

2.4 流程控制

• 顺序结构： 按照代码顺序执行。
• 选择结构：
  • if 语句
  • if-else 语句
  • if-else if-else 语句
  • switch 语句
• 循环结构：
  • for 循环
  • while 循环
  • do-while 循环
• 跳转语句：
  • break
  • continue
  • return

2.5 数组

• 定义： 存储相同数据类型元素的集合。
• 声明： dataType[] arrayName; 或 dataType arrayName[];
• 初始化：
  • 静态初始化：int[] arr = {1, 2, 3};
  • 动态初始化：int[] arr = new int[3];
• 访问： 通过索引访问元素 (从0开始)。
• 多维数组： 数组的数组。

三、 面向对象编程 (OOP)

3.1 类和对象

• 类 (Class)： 对象的模板或蓝图。
  • 成员变量： 描述对象的属性。
  • 成员方法： 描述对象的行为。
• 对象 (Object)： 类的实例。
• 构造方法： 创建对象时调用的特殊方法，用于初始化对象。
  • 默认构造方法
  • 带参数的构造方法

3.2 封装 (Encapsulation)

• 将数据和方法包装在类中，隐藏内部实现细节，对外提供公共访问接口。
• 访问修饰符：
  • public：公共的，任何类都可以访问。
  • protected：受保护的，同一包下的类和子类可以访问。
  • default (package-private)：默认的，同一包下的类可以访问。
  • private：私有的，只有本类可以访问。
• Getter 和 Setter 方法： 用于访问和修改私有成员变量。

3.3 继承 (Inheritance)

• 子类继承父类的属性和方法，提高代码重用性。
• extends 关键字： 用于声明继承关系。
• super 关键字： 用于访问父类的成员。
• 方法重写 (Override)： 子类重新定义父类的方法。

3.4 多态 (Polymorphism)

• 一个接口，多种实现。
• 编译时多态 (静态多态)： 方法重载 (Overload)。
• 运行时多态 (动态多态)： 方法重写 (Override)。
• 向上转型： 将子类对象赋值给父类引用。
• 向下转型： 将父类引用转换为子类对象 (需要instanceof判断)。

3.5 抽象类和接口

• 抽象类 (Abstract Class)： 不能被实例化的类，可以包含抽象方法和非抽象方法。
  • abstract 关键字
  • 抽象方法：没有方法体的方法。
• 接口 (Interface)： 定义一组规范，类必须实现这些规范。
  • interface 关键字
  • 接口中的方法都是抽象的 (Java 8 以后可以有默认方法和静态方法)。
  • 类可以实现多个接口。
  • 接口可以继承多个接口。

四、 常用类库

4.1 String 类

• 特点： 不可变性。
• 常用方法： length(), charAt(), substring(), equals(), equalsIgnoreCase(), indexOf(), lastIndexOf(), replace(), trim(), toUpperCase(), toLowerCase(), split().
• StringBuffer 和 StringBuilder： 可变的字符串。

4.2 Math 类

• 常用方法： abs(), ceil(), floor(), round(), max(), min(), pow(), sqrt(), random().

4.3 日期时间类

• Date 类 (已过时)
• Calendar 类
• SimpleDateFormat 类 (日期格式化)
• java.time 包 (Java 8 新增)
  • LocalDate
  • LocalTime
  • LocalDateTime
  • DateTimeFormatter

4.4 集合框架 (Collections Framework)

• Collection 接口：
  • List 接口： 有序，可重复。
    • ArrayList：基于数组实现，查询快，增删慢。
    • LinkedList：基于链表实现，查询慢，增删快。
    • Vector：线程安全，效率低。
  • Set 接口： 无序，不可重复。
    • HashSet：基于哈希表实现，速度快。
    • TreeSet：基于红黑树实现，可排序。
    • LinkedHashSet：HashSet + 链表，保持插入顺序。
• Map 接口： 键值对。
  • HashMap：基于哈希表实现，速度快。
  • TreeMap：基于红黑树实现，可排序。
  • LinkedHashMap：HashMap + 链表，保持插入顺序。
  • Hashtable：线程安全，效率低。
• Iterator 迭代器： 用于遍历集合。

五、 异常处理

5.1 异常分类

• Throwable： 所有异常的父类。
  • Error： 严重的错误，通常无法恢复。
  • Exception： 可以处理的异常。
    • Checked Exception (受检异常)： 必须显式处理 (try-catch 或 throws)。
    • Unchecked Exception (非受检异常)： 可以不显式处理 (RuntimeException 及其子类)。

5.2 异常处理机制

• try-catch 语句： 捕获并处理异常。
• finally 语句： 无论是否发生异常，都会执行的代码块。
• throw 语句： 手动抛出异常。
• throws 语句： 声明方法可能抛出的异常。
• 自定义异常： 继承 Exception 或 RuntimeException 类。

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