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Java 基础篇：环境搭建、基本语法与面向对象编程

article 2024/11/13 15:08:45

引言

对于有多年 Java 开发经验的工程师来说，虽然基础语法已经烂熟于心，但在实际工作中仍然会遇到一些容易出错的地方、重点难点以及最佳实践。本文将针对这些方面进行深入探讨，并结合常见的面试题和 LeetCode 案例，帮助读者巩固和提升自己的 Java 基础。

1. Java 环境搭建

1.1 安装 JDK

首先，确保你的系统中已经安装了最新版本的 JDK。你可以从 Oracle 官方网站下载最新版本的 JDK，或者选择 OpenJDK。安装过程中，需要注意以下几点：

选择合适的版本：根据你的操作系统选择相应的安装包。

配置环境变量：安装完成后，需要配置 JAVA_HOME 和 PATH 环境变量。

Windows：

set JAVA_HOME=C:\Program Files\Java\jdk-17
set PATH=%JAVA_HOME%\bin;%PATH%

Linux/Mac：

export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-17-openjdk-amd64
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

1.2 验证安装

安装完成后，可以通过以下命令验证 JDK 是否安装成功：

java -version
javac -version

如果输出了 JDK 的版本信息，说明安装成功。

1.3 IDE 选择

选择一个合适的 IDE 对于提高开发效率至关重要。常用的 Java IDE 包括 IntelliJ IDEA、Eclipse 和 NetBeans。这里以 IntelliJ IDEA 为例，简要介绍其安装和配置步骤：

下载安装包：从 JetBrains 官网下载 IntelliJ IDEA。
安装：按照安装向导完成安装。
配置：启动 IntelliJ IDEA 后，选择 File -> Project Structure，配置 JDK 路径。

2. 基本语法

2.1 变量与数据类型

Java 是一种强类型语言，变量在使用前必须先声明其类型。常见的数据类型包括基本类型和引用类型。

基本类型：
- 整型：byte, short, int, long
- 浮点型：float, double
- 字符型：char
- 布尔型：boolean
引用类型：
- 类：如 String, ArrayList 等
- 数组：如 int[], String[] 等

2.2 运算符

Java 支持多种运算符，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符和位运算符等。

算术运算符：+, -, *, /, %
关系运算符：==, !=, <, >, <=, >=
逻辑运算符：&&, ||, !
位运算符：&, |, ^, ~, <<, >>, >>>

2.3 控制语句

条件语句：if-else, switch
循环语句：for, while, do-while
跳转语句：break, continue, return

2.4 面向对象编程

面向对象编程（OOP）是 Java 的核心特性之一。主要概念包括类和对象、继承、多态和接口。

类和对象：

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

继承：

public class Student extends Person {
    private String studentId;

    public Student(String name, int age, String studentId) {
        super(name, age);
        this.studentId = studentId;
    }

    public String getStudentId() {
        return studentId;
    }

    public void setStudentId(String studentId) {
        this.studentId = studentId;
    }
}

多态：

public class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("Animal sound");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Dog barks");
    }
}

public class TestPolymorphism {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog();
        myDog.makeSound(); // 输出 "Dog barks"
    }
}

接口：

public interface Animal {
    void makeSound();
}

public class Dog implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Dog barks");
    }
}

public class TestInterface {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog();
        myDog.makeSound(); // 输出 "Dog barks"
    }
}

3. 常见错误与最佳实践

3.1 常见错误

空指针异常（NullPointerException）：

String name = null;
System.out.println(name.length()); // 抛出 NullPointerException

解决方案：

String name = null;
if (name != null) {
    System.out.println(name.length());
} else {
    System.out.println("Name is null");
}

数组越界异常（ArrayIndexOutOfBoundsException）：

int[] numbers = {1, 2, 3};
System.out.println(numbers[3]); // 抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException

解决方案：

int[] numbers = {1, 2, 3};
if (numbers.length > 3) {
    System.out.println(numbers[3]);
} else {
    System.out.println("Index out of bounds");
}

3.2 最佳实践

使用泛型：

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");

for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

避免使用原始类型：

List names = new ArrayList(); // 不推荐
names.add("Alice");
names.add(123); // 可能导致运行时错误

for (Object name : names) {
    System.out.println(name);
}

使用常量：

public class Constants {
    public static final int MAX_SIZE = 100;
}

public class Example {
    public void checkSize(int size) {
        if (size > Constants.MAX_SIZE) {
            System.out.println("Size exceeds maximum limit");
        }
    }
}

避免过度使用 synchronized：

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

优化：

public class Counter {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

4. 面试题与 LeetCode 案例

4.1 面试题

什么是 Java 中的多态？
- 多态是指子类可以替换父类，即子类对象可以赋值给父类引用。多态的实现方式包括方法重写（@Override）和接口实现。
Java 中的 finalize 方法有什么作用？
- finalize 方法是在对象被垃圾回收之前调用的方法，用于释放资源。但由于其不确定性和性能问题，不推荐使用。
Java 中的集合框架有哪些？
- Java 集合框架包括 List、Set 和 Map。常见的实现类有 ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet、HashMap 和 TreeMap。

4.2 LeetCode 案例

两数之和（Two Sum）

题目描述：给定一个整数数组 nums 和一个目标值 target，请你在该数组中找出和为目标值的那两个整数，并返回他们的数组下标。

示例：

Input: nums = [2, 7, 11, 15], target = 9
Output: [0, 1]

解决方案：

1import java.util.HashMap;
2import java.util.Map;
3
4public class Solution {
5    public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
6        Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
7        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
8            int complement = target - nums[i];
9            if (map.containsKey(complement)) {
10                return new int[] { map.get(complement), i };
11            }
12            map.put(nums[i], i);
13        }
14        throw new IllegalArgumentException("No two sum solution");
15    }
16}

反转字符串（Reverse String）

题目描述：编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。输入字符串以字符数组 char[] 的形式给出。

示例：

1Input: ["h","e","l","l","o"]
2Output: ["o","l","l","e","h"]

解决方案：

1public class Solution {
2    public void reverseString(char[] s) {
3        int left = 0;
4        int right = s.length - 1;
5        while (left < right) {
6            char temp = s[left];
7            s[left] = s[right];
8            s[right] = temp;
9            left++;
10            right--;
11        }
12    }
13}