编程新手（一）：Java认知及初学者指南

银运

Java就是基于面向对象编程系统 (Object-Oriented Programming Systems ，OOPS) 概念的面向对象编程语言（Object-Oriented Programming Language）。
Java 中的一切都与对象有关。如果你掌握了对象的本质，Java 就像吃你最喜欢的食物一样简单和讨人喜欢。
问题来了，既然就像食物，那就有很多的编程语言好的，但是为什么要学习 Java呢？
1.为什么是Java？

简单来讲，因为Java 就像您最喜欢的各种美味（易于编码）和健康（安全且健壮）的食物！
除了 Java 是 2021 年的顶级热门编程语言之一，并且可能至少还会保持十年这样的事实之外，Java 几乎在您能想到的每个领域都取得了成功！
由于 Java 是安全的和多线程的，因此非常适合银行和交易管理服务。电子商务商店和计费软件的逻辑是在基于 Core Java 的框架中编写的。比如 Android 这样的移动操作系统也是使用 Java API的；股票市场算法基于 Java；最近以来的所有大数据——海量数据都用 Java 处理得轻而易举。实际上，Hadoop 的 MapReduce 框架是用 Java 编写的。 Java 与 Spring 等其他框架形成了强大的组合，可以对金融和 IT 领域的实现依赖项进行有序化处理，并编写相应的服务器端应用程序。
2.何为Java编程？

Java 是由 Sun Microsystems 开发的“一次编写、随处运行”的编程语言。它类似于 C 和 C++，但要容易得多。您可以将 Java 与许多技术（如 Spring、node js、Android、Hadoop、J2EE 等）结合起来，构建健壮、可扩展、可移植和分布式的成熟应用程序。 Java 还使用 Selenium 等工具促进持续集成和测试。
3．Java简史

Java 最初是由 James Gosling 和他在 Sun Microsystems 的同事在 1990 年代初期开发的。最初，它被称为“Oak”项目，其实现类似于 C 和 C++。 Java 这个名字是经过充分的头脑风暴后选定的，它是来自咖啡豆的名称。 Java 1.0，第一个版本于 1995 年发布，标语是“一次编写，随处运行”（write once, run anywhere）。后来，Sun Microsystems 被甲骨文收购。从那以后，再也没有回头。 Java 的最新版本是 2021 年 9 月发布的 Java 17（一个长期支持版）。
4.Java的特点

Java 提供了许多吸引人的特性—

• Ø 平台无关语言。
  
• Ø 丰富的标准库使其易于编码。您可以使用 Java 创建一个完整的独立应用程序。
  
• Ø Java 支持自动内存分配和释放（称为垃圾收集）。
  
• Ø 它提供了出色的性能，因为 Java 支持多线程和并发性，从而使其成为一种高度交互和响应性的语言。
  
• Ø 安全简单。
  
• Ø ……
  

要了解有关 Java 功能特性的更多信息，请查阅官网的文章。
5.何为Java平台？

您一定听说过很多关于 Java 作为编程语言的信息。但是，你知道它也是一个“平台”吗？ Java 平台是一个纯软件平台，与 Windows、Mac、Linux 或 Solaris 等传统平台截然不同。前者运行在后者平台的硬件之上。 Java 程序通过 Java 虚拟机，将字节码转换为本地代码，从而使程序可以在任何设备上运行！这意味着您不需要单独的特定于机器的编译器来运行 Java 代码。这就是 Java 也被称为平台的原因。 Java 编程语言不同于 Java 平台。 Java 编程语言可帮助您构建应用程序。您用 Java 编程语言编写的内容是在现有的程序和工具集合（统称为 Java 平台）的帮助下开发和运行的。 Java平台由JDK、JVM和JRE组成。
Java 编程语言有四种 Java 平台——

• Ø Java SE（Java 平台，标准版）
  
• Ø Java EE（Java 平台，企业版，现在为Jakarta EE）
  
• Ø Java FX（可以认为是更高级的Swing，但可开发移动应用）
  
• Ø Java ME（Java平台，微型版，终端电子设备）
  

虽然可以在 Java SE 平台上构建独立应用程序，但大多数万维网（互联网）都依赖于 Java EE。 Java ME 适用于小型设备（如手机）上的应用程序。
Java 有三个主要架构性组件 - JVM、JDK 和 JRE。
JDK（ Java Development Kit） 即Java 开发工具包，是开发人员编写代码并通过 JRE（Java Runtime Environment，即 Java 运行时环境）来运行它的地方。
代码是如何转译或翻译的？那是通过 Java 虚拟机 (JVM)来完成的。使用 JVM，任何用 Java（或任何其他语言——支持字节码的）编写的代码都可以转换为 Java 字节码。任何机器都可以基于操作系统实现此代码。 JVM 与 Java 包（库）一起驻留在 JRE 中以为Java程序服务。
简而言之：

• ü JDK：包含JRE + 开发工具，如解释器（类加载器）、编译器（javac）、jar 文件（打包和存档）以及 javadocs等。
  
• ü JVM：执行 java 字节码的抽象机器。由描述 JVM 实现、实际实现程序和 JVM（运行时）实例的规范文档组成，可在其中运行主程序。
  
• ü JRE：JVM 的物理实现（运行时实例）。它包含 JVM 用于运行程序的库包和支持文件。
  

如果有电脑，可以在阅读本文时尝试一些事情以为练习：在本地系统上安装 JDK（Java 开发工具包）和 JRE（Java 运行时环境）。要下载最新版本，请到Java官网。
然后，您可在系统上安装一个 IDE 以处理我们将学习的概念。 Eclipse 是我使用的一个很好的 IDE，它很容易设置并且不会让你感到麻烦。您可以下载 Eclipse 或 Easy Eclipse。 Easy Eclipse 是 Eclipse 的轻量级版本，功能较少，适合初学者。还有其他更多 IDE，如netbeans，JDeveloper、 IntelliJ IDEA、BlueJ等——从Java 9开始，可以在JShell中开始初步的java编程学习了，为初学者提供了便捷的学习支持。
如果您现在不想做任何这些，而只想阅读 一下关于Java，那很好！只需继续阅读，掌握概念，然后随时开始编码！
哦，这里有个很好的 初学者的Java 课程，您在学习了基础知识后会喜欢上它！@牛旦IT课堂 专栏内有，如《Java从入门到实战（极速版）》
6.术语和编程认知

在我们开始编码之前，让我们熟悉一些术语——
每个 Java 程序都是由类或接口定义的不同类型对象的集合构成。这是基本结构——
class School {
//由好几个其它对象和实例变量组成
public String schoolName;
public int ID;
Teacher[] teachers;
Student[] students;
…..
// 以及其它一些方法
public int getSchoolName(){
}
}逻辑都在方法内部，可以像类的 getter 和 setter 方法一样简单，也可以像基于多个条件从数据库中获取某些内容一样复杂！
我们来写一个简单的程序，当我们学习更多 Java 概念时，我们会添加扩展它。
请注意，就像任何其他编程语言一样，Java 中的每个独立程序都应该由一个 main 方法来执行。
创建一个 Test 类，并向其添加一些简单的代码，示例如下：
class Test{
  public static void main(String args[]){
     int rollNumber = 36;
     String name = “Solo”;
     System.out.println(“My name is ” + name + “ and my roll number is ” + rollNumber);
  }
}这段代码的每一行都会陆续学习，简要介绍如下：

• l class – 此关键字用于创建 java 类。当你运行程序时，你会用命令 javac Test.java 来编译代码，然后 java Test.java 来执行程序。如果您使用的是 IDE，则只需右键单击该类并选择“运行”。
  
• l public – public 是指示可见性的访问修饰符。 main 方法不能将访问修饰符设为私有（访问修饰符）。私有方法只能在类内调用，而公共方法对所有人可见。
  
• l static – 变量和方法可以使用 static 关键字修饰。为什么 main 方法是静态的？对于静态方法，我们不必创建对象就可使用。因此，我们不必创建 Test 对象来调用 main 方法。
  
• l void – 如果方法不返回任何值，则其类型设置为 void。
  
• l int, String – 这是 Java 使用的众多数据类型中的两种。因为它也使用原始类型，所以 Java 不被视为完全面向对象的语言。
  
• l System.out.println – out 是 System 类的静态字段。该字段存储 PrintStream 类的实例。 println() 是此类的方法，它将所需的输出打印到控制台。
  

让我们稍微修改一下这个程序，以获取用户输入的名称和卷号。有很多方法可以做到这一点。对于这段代码，让我们使用最常用的方法——Scanner 类。要使用这个类，我们需要先将类进行导入: import java.util.Scanner;
在之前的代码中，在 System.out.println (…) 之前，让我们添加以下几行代码——
Scanner scanInput = new Scanner(System.in);
System.out.println("Enter name: ");
name = scanInput.nextLine();
System.out.println("Enter roll number: ");
rollNumber = scanInput.nextInt();运行此程序时，系统会提示您"Enter name:"，然后"Enter roll number:"。
另一种方法是通过 BufferedReader，这是传统的方法，但它有太多难以记住的包装。
我们来了解更多学生的信息——他们的姓名、登记号和科目。科目将在数组中，对于该程序，假设一名学生将修读 3 个科目。
将数组定义为 :
String[] subjects = new String[3];
//获取学生的所有科目信息
for(int j=0; j<subjects.length;j++){
        subjects[j] = scanInput.next();
}这里我们使用 for 循环从用户那里获取科目并将其存储在 String 数组中。最新的java版本中for循环的语法已经改变，但这种语法更容易使用。 ‘j’是一个从0开始的临时计数器。注意j的变化。
subject.length 获取数组的长度，在本例中为 3。
要查看数组的内容，可通过 Arrays.toString(subjects)来查看，或输出到控制台。
如我们所见，我们有三个变量 name、rollNumber 和 subject，它们都属于一个公共实体 Student。那么，为什么不创建一个类并将所有 3 个变量作为该类的成员呢？当我们将它们用作对象时，添加、修改和删除数据会更容易！所以，我们来创建一个类 Student.java，如下所示：
public class Student {
        int rollNumber = 0;
        String name = "";
        String[] subjects = new String[3];
}我们将不得不更改代码以创建此类的对象,并通过 getter 和 setter 方法访问变量。 getter 和 setter 方法的一个例子如下：
public int getRollNumber() {
        return rollNumber;
}
public void setRollNumber(int rollNumber) {
        this.rollNumber = rollNumber;
}在使用IDE时 ，IDE可以为您创建所有这些内容提供快捷方式，但对于初学练习来讲，最好还是自己完成。
现在，让我们回到我们的主程序。
我们已经拥有一个学生的所有数据，为什么不获取更多学生的详细信息！我们可以创建一个 Student 对象数组，并将每个学生的详细信息存储在该数组中的一个对象中。
让我们从用户那里得到学生的数量：
int numberOfStudents = scanInput.nextInt();现在，让我们开始另一个 for 循环，它将从所有学生那里获取详细信息——
for(int i=0;i<numberOfStudents;i++){
        //获取详细信息
}我们现在要做的就是将数据设置为学生对象。为此，创建一个大小与 numberOfStudents 相同的 Student 对象数组。代码如下：
Student[] student = new Student[numberOfStudents];
for(int i=0;i<numberOfStudents;i++){
        student = new Student();
        name = scanInput.next();
        student.setName(name);
        rollNumber = scanInput.nextInt();
        student.setRollNumber(rollNumber);
        // 跟前面写的一样
        for(int j=0; j<subjects.length;j++){
                subjects[j] = scanInput.next();
        }
        student.setSubjects(subjects);
}

• l 当我们创建 Student[] 数组时，单个 Student 对象仍然为空。这就是为什么在 for 循环中，我们要创建新的 Student 对象。不这样做，试图使用 student..就会抛出 NullPointerException，。 我们将在本文后面讨论异常。
  
• l 我们对 String 使用 next() 而不是 nextLine()。 nextLine() 将跳过当前行并转到下一行。最好使用 next()。
  
• l 假设用户将 numberOfStudents 设为 2。外部 for 循环将执行两次。主题数组的大小为 3，因此内部 for 循环将为每个外部循环执行 3 次，因此总共执行 6 次。
  
• l 请注意 Java 中的命名约定。变量名和方法名以小写开头，但我们将每个单词的第一个字母大写，而类名则以大写字母开头。
  

现在，我们拥有 Student 数组中的所有数据。我们可以使用 Java 构造函数来改进代码，这是一种比 setter 方法更有效的在对象中存储事物的方法。当你有很多数据时，你可以一次设置构造函数中的所有值，而不是使用 10 次 set 方法。让我们在 Student 类中创建一个构造函数。如下所示：
public Student(String name, int rollNumber, String[] subjects){
        this.name = name;
        this.rollNumber = rollNumber;
        this.subjects = subjects;
}现在，让我们修改我们的 Test 类以使用这个构造函数。请注意，现在该行：
student = new Student();此行不会起作用，因为我们没有在我们的类中创建一个无参数的构造函数。当没有定义其他构造函数时，java编译器默认创建no-arg构造函数，否则，我们应该使用我们在代码中创建的构造函数。
我们的代码现在将变成——
System.out.println("Enter name and roll number: ");
student = new Student(scanInput.next(), scanInput.nextInt(), subjects);这为我们减少了大约 3-4 行代码。想象一下，当有更多的对象和成员变量时，它会有多有用。请注意，subjects 数组是空的，因为我们正在获取科目的 name 和 rollNumber 之后才轮到subjects的值。
下一个问题是我们在哪里存储这些学生对象，以便我们以后可以检索它们并进行一些修改或显示列表的内容？简单的答案是 ArrayList。创建一个 ArrayList 并向其添加对象非常简单。
ArrayList 的一些重要特性须知：

• l ArrayList 是动态的。我们可以随时扩展ArrayList，大小不固定，不像数组。
  
• l ArrayList 是 Java 集合框架的重要组成部分。
  
• l 我们可以随机访问列表中的任何对象。
  
• l 我们只能在 ArrayList 中存储对象。如果我们必须创建一个整数的 ArrayList，我们需要将原始 int 类型包装到 Integer 对象中。
  

回到我们的代码，来创建ArrayList为 ：
ArrayList studentList = new ArrayList();要将对象添加到列表中，在获取所有详细信息后，只需将完整对象添加到列表中。这样添加：
studentList.add(student);与其混淆数组循环并将每个对象寻址为 student[0]、student[1] 等……让我们使用 Iterator 来获取和显示数据。
可将迭代器视为一个游标，它遍历集合的元素。您可以使用迭代器从集合中获取或删除任何元素。类似如下：
Iterator itr = studentList.iterator();
System.out.println("所有学生的输入信息为---");
while(itr.hasNext()){
        System.out.println(itr.next().toString());
}

• l 我们不创建 Iterator() 的新对象，而是使用列表的迭代器方法指向 itr。
  
• l while 循环使用 hasNext() 方法检查列表中是否还有更多对象。当 hasNext() 返回 false 时，while 循环将结束。
  
• l itr.next() 获取列表中的下一项。
  

您希望输出的应该是整洁的输入信息。不对头啊？Java 给的类似下面的东西——
Student@e7b241
因为要单独打印对象的成员，我们还需要覆盖 Student 类中的 toString() 方法。
public String toString(){
        String studentDetails = null;
        studentDetails = "Student name: " + this.name
    + ", Student roll number: "
    + this.rollNumber + " , Chosen subjects: "
    + Arrays.toString(this.subjects) + "\n";
        return studentDetails;
}

• l this 关键字是一个引用变量，指向当前类的实例变量。
  
• l 要从数组中获取值，我们使用实用程序类 Arrays 的 toString() 方法。请注意，Arrays包含静态方法，因此我们不需要创建对象来使用这些方法。我们直接使用类名和方法名。
  

看见没，现在会得到你想要的结果了！
但是，有一个问题……
我们没有处理用户输入错误的场景！例如，如果有人为 rollNumber 输入一个字符串会怎样？我们不会向用户抛出异常的整个堆栈跟踪。相反，我们可以向用户发送一条好消息。
尝试为 rollNumber 输入一个字符串，您将在线程“main”中得到异常
java.util.InputMismatchException。
try{
        rollNumber = scanInput.nextInt();
}catch (InputMismatchException ime){
        System.out.println("Please enter a valid number");
}为了确保不会发生这种情况，我们需要确保用户输入正确的值。但是，怎样实现？让我们放置一个 try/catch 块来捕获异常并在出现错误时向用户显示一条友好的消息。
我们也可以对 numberOfStudents 应用相同的方法。最好的做法是将整个代码放在 try 块中，这样任何异常都可以在 catch 块中捕获。
这在 Java 中称为异常处理。在实际应用程序中，类可以抛出异常，最后某个类将捕获并向用户显示适当的消息。 Java 中有更多的运行时异常，最常见的是 NullPointerException、ClassCastException、ArithmeticException、IllegalArgumentException、
ArrayIndexOutOfBoundsException 等……
7.快速回顾

在本文中，我接触了 Java 的基础知识，只是让您知道什么是编程语言，若之前使用过其他语言，就可以很快开始使用 Java 进行编码。通过本文，要了解以下基本概念——

• l 类和对象
  
• l 构造函数
  
• l 输入/输出流
  
• l for 和 while 循环
  
• l 基本和非基本数据类型
  
• l toString() 方法
  
• l 集合（ArrayList）和迭代器
  
• l 异常处理基础
  

原创2021-12-25 16:25·传新视界
链接；编程新手（一）：Java认知及初学者指南-今日头条 (toutiao.com)