Java程序設計從入門到實戰（AI輔助版）

蔣亞平，副高職稱，"雙師型"教師。長期深耕互聯網技術應用與大數據應用研究、開發及管理，業務覆蓋多行業；曾主持並榮獲數智化商業決策創新大賽國家級一等獎、全國高校人工智能教師教學創意競賽國家級三等獎，以及湖南省普通本科高校教師數字化教學競賽省級二等獎、教師教學創新大賽省級三等獎，主持1門課程思政示範課程、2門一流本科課程，主編教材3本，主持多項教學改革、科研及產學合作項目，發表論文10篇，擁有軟考高級認證和HarmonyOS應用開發者高級認證，被聘為國際教育學業導師；長期指導學生競賽與創新項目，助學生獲省級及以上獎項10余項，個人獲評優秀指導教師、優秀學生論文指導老師，且常參與學術會議，緊跟領域前沿。

目　錄

第1章　Java概述及開發環境　1

1.1　Java概述　1

1.1.1　Java的發展歷史　1

1.1.2　Java的特點　1

1.2　Java的開發環境　2

1.2.1　JDK的安裝和配置　2

1.2.2　JDK目錄文件分析　3

1.2.3　JDK與JVM　4

1.2.4　手動編寫Java代碼　5

1.3　Java開發工具　6

1.3.1　IDEA的下載與安裝　6

1.3.2　一個簡單Java項目的創建

　與運行　8

1.3.3　IDEA調試工具　10

1.3.4　“通義靈碼”插件在IDEA

中的應用　12

1.4　思考與練習　13

第2章　Java編程基礎　15

2.1　Java基本語法　15

2.1.1　Java程序結構　15

2.1.2　註釋　15

2.1.3　標識符　16

2.1.4　關鍵字　16

2.1.5　常量　17

2.1.6　變量　17

2.2　Java基本數據類型　18

2.2.1　Java的數據類型　18

2.2.2　基本數據類型之間的轉換　19

2.2.3　表達式的數據類型自動

　提升　19

2.2.4　變量的作用域　20

2.3　運算符與表達式　21

2.3.1　算術運算符　21

2.3.2　賦值運算符　21

2.3.3　比較運算符　22

2.3.4　邏輯運算符　22

2.3.5　位運算符　22

2.3.6　運算符的優先級　23

2.4　選擇結構語句　24

2.4.1　if語句　24

2.4.2　switch語句　26

2.5　循環結構語句　27

2.5.1　while循環　28

2.5.2　do-while循環　28

2.5.3　for循環　29

2.5.4　break語句　30

2.5.5　continue語句　30

2.6　數組　31

2.6.1　數組的基本概念　31

2.6.2　方法參數傳遞　31

2.6.3　二維數組　32

2.6.4　推箱子小遊戲　35

2.7　思考與練習　37

第3章　AI大模型助力編程學習　39

3.1　AI如何幫助編寫Java代碼　39

3.1.1　AI助力代碼自動生成　39

3.1.2　通過自然語言與AI互動

　編程　40

3.2　AI在調試和優化中的應用　41

3.2.1　自動化錯誤檢測與修復　41

3.2.2　調試輔助工具　42

3.2.3　代碼重構與優化　42

3.3　通過AI提高編程效率　43

3.3.1　加速學習與技能提升　43

3.3.2　自動化開發與任務分配　43

3.3.3　提高代碼質量與持續集成　43

3.4　思考與練習　44

第4章　面向對象（上）　46

4.1　面向對象的思想　46

4.1.1　面向過程　46

4.1.2　面向對象　46

4.2　類與對象　47

4.2.1　類的定義　47

4.2.2　對象的使用　48

4.2.3　對象的比較　48

4.2.4　實現類的封裝　50

4.3　構造方法　52

4.3.1　構造方法的定義與作用　52

4.3.2　構造方法的重載　53

4.4　訪問權限控制　54

4.5　this關鍵字　54

4.6　static關鍵字　56

4.7　思考與練習　59

第5章　面向對象（下）　62

5.1　類的繼承　62

5.2　Object類和final關鍵字　63

5.2.1　Object類　64

5.2.2　final關鍵字　66

5.3　抽象類和接口　68

5.3.1　抽象類　68

5.3.2　接口　70

5.3.3　抽象類與接口的比較　71

5.4　多態　72

5.4.1　方法重載　72

5.4.2　方法重寫　73

5.4.3　多態的實現方式　73

5.4.4　多態的優點　74

5.5　內部類與匿名類　75

5.5.1　內部類　75

5.5.2　匿名類　75

5.6　單件模式　76

5.6.1　懶漢式　76

5.6.2　餓漢式　77

5.6.3　登記式　77

5.7　工廠模式　78

5.7.1　靜態代理模式　78

5.7.2　簡單工廠模式　80

5.7.3　工廠方法模式　82

5.7.4　抽象工廠模式　84

5.8　異常　86

5.8.1　Java內置異常　86

5.8.2　異常的層次結構　87

5.8.3　異常處理機制　88

5.8.4　自定義異常類　88

5.8.5　異常的拋出與傳播　89

5.8.6　異常的捕獲與處理　89

5.9　思考與練習　90

第6章　Java API　93

6.1　Java類庫及Java API簡介　93

6.2　String類和StringBuffer類　94

6.2.1　String類　95

6.2.2　StringBuffer類　96

6.3　System類與Runtime類　96

6.4　Math類與Random類　98

6.5　日期和時間類　98

6.5.1　Date類　98

6.5.2　LocalDate類　100

6.5.3　LocalTime類　100

6.5.4　LocalDateTime類　101

6.5.5　Instant類　102

6.5.6　Duration類　102

6.5.7　Period類　103

6.6　包裝類　104

6.6.1　基本數據類型與包裝類　104

6.6.2　常用包裝類的功能和使用　104

6.6.3　自動裝箱與自動拆箱　105

6.6.4　包裝類的常用方法　105

6.7　思考與練習　106

第7章　集合　108

7.1　集合概述　108

7.2　Collection接口　109

7.3　List接口　109

7.3.1　ArrayList　110

7.3.2　LinkedList　110

7.3.3　Iterator接口　111

7.3.4　foreach循環　112

7.4　Set接口　113

7.5　Map接口　114

7.6　泛型　115

7.6.1　泛型類　115

7.6.2　泛型方法　118

7.6.3　泛型接口　119

7.7　Lambda表達式　121

7.7.1　Lambda表達式的語法　121

7.7.2　Lambda表達式的兩種求值

　方式　123

7.7.3　順序流和並行流　124

7.7.4　Lambda使用示例　124

7.8　思考與練習　127

第8章　I/O操作與文件讀寫　129

8.1　File類　129

8.1.1　File類常用方法　129

8.1.2　File類的應用案例　130

8.2　字節流　132

8.2.1　字節流概述　132

8.2.2　字節流的工作原理　132

8.2.3　常見字節流類　133

8.2.4　使用字節流進行文件操作　134

8.3　字符流　136

8.3.1　字符流概述　136

8.3.2　字符流與字節流的區別　136

8.3.3　字符流的工作原理　137

8.3.4　常見字符流類　137

8.3.5　PrintWriter類　137

8.3.6　使用字符流進行文件操作　138

8.3.7　Decorator模式在I/O中的

　應用　140

8.4　對象序列化與反序列化　142

8.4.1　對象序列化　142

8.4.2　對象反序列化　143

8.4.3　序列化中的註意事項　143

8.5　屬性文件讀寫　144

8.5.1　屬性文件的格式　144

8.5.2　使用Properties類讀取屬性

　文件　144

8.5.3　將數據寫入屬性文件　145

8.5.4　使用默認值　146

8.5.5　使用類路徑中的屬性文件　146

8.6　思考與練習　146

第9章　圖形用戶界面　149

9.1　Swing概述　149

9.2　Swing常用容器　150

9.2.1　JFrame　150

9.2.2　JDialog　151

9.3　布局管理器　153

9.3.1　FlowLayout　153

9.3.2　BorderLayout　154

9.3.3　GridLayout　156

9.3.4　GridBagLayout　159

9.4　Swing常用組件　161

9.4.1　面板組件　161

9.4.2　文本組件　162

9.4.3　標簽組件　163

9.4.4　按鈕組件　163

9.4.5　下拉框組件　165

9.4.6　表格組件　166

9.4.7　菜單組件　167

9.5　簡易學生管理系統　168

9.6　思考與練習　172

第10章　多線程　174

10.1　線程概述　174

10.1.1　進程　174

10.1.2　多線程　175

10.2　多線程的創建　175

10.2.1　使用Thread類創建

　多線程　175

10.2.2　使用Runnable接口創建

　多線程　177

10.2.3　兩種方式的對比分析　177

10.3　線程的生命周期及狀態轉換　180

10.4　線程控制　181

10.4.1　線程的優先級　181

10.4.2　後臺線程　182

10.4.3　線程休眠和線程聯合　183

10.4.4　線程讓步　184

10.5　線程同步　184

10.5.1　同步代碼塊　185

10.5.2　同步函數　186

10.5.3　死鎖問題　186

10.6　思考與練習　188

第11章　網絡編程　190

11.1　網絡編程的基礎知識　190

11.1.1　IP地址和端口號　190

11.1.2　InetAddress類　191

11.1.3　UDP與TCP　192

11.2　基於UDP的網絡編程　193

11.2.1　DatagramSocket類　194

11.2.2　DatagramPacket類　194

11.2.3　應用案例　194

11.3　基於TCP的網絡編程　198

11.3.1　ServerSocket和Socket類　198

11.3.2　入門案例：簡易靜態

　服務器　201

11.3.3　進階案例：優化靜態

　服務器　203

11.3.4　高階案例：通過Swing創建

　群聊　205

11.4　基於URL的網絡編程　208

11.4.1　URL類　208

11.4.2　URLConnection類　209

11.4.3　處理常見異常　209

11.5　思考與練習　210

第12章　JDBC編程　212

12.1　MySQL數據庫　212

12.1.1　關系數據庫與SQL　212

12.1.2　MySQL的安裝與配置　213

12.1.3　MySQL前端工具

　Navicat　214

12.2　使用JDBC訪問MySQL

　數據庫　215

12.2.1　JDBC概述　215

12.2.2　連接MySQL數據庫　215

12.2.3　基於Statement實現CRUD

　操作　216

12.2.4　基於PreparedStatement優化

　代碼　219

12.3　JDBC高級編程　221

12.3.1　JDBC中數據庫事務

　實現　221

12.3.2　使用CallableStatement訪問

　存儲過程　223

12.4　思考與練習　225

第13章　常用排序算法及其

　應用　228

13.1　插入排序　228

13.1.1　直接插入排序　228

13.1.2　二分插入排序　229

13.2　交換排序　231

13.2.1　冒泡排序　231

13.2.2　快速排序　232

13.3　選擇排序　235

13.4　算法的性能分析　236

13.4.1　時間復雜度分析　236

13.4.2　空間復雜度分析　238

13.4.3　實際應用中的選擇　238

13.5　思考與練習　238

第14章　Java反射機制　241

14.1　反射概述　241

14.2　理解Class類　241

14.3　Class類的使用　243

14.3.1　通過無參構造方法實例化

　對象　244

14.3.2　通過帶參構造方法實例化

　對象　244

14.4　反射的基本應用　245

14.4.1　獲取所實現的全部接口　245

14.4.2　獲取方法　246

14.4.3　獲取屬性　247

14.5　反射入門案例：動態創建

　水果對象　249

14.6　反射進階案例：模擬動態

　服務器　250

14.7　思考與練習　255

第15章　綜合項目實訓　257

15.1　簡易用戶管理系統　257

15.1.1　界面設計　257

15.1.2　項目實現主要代碼　259

15.2　簡易停車場管理系統　268

15.2.1　項目概述　268

15.2.2　數據庫設計　273

15.2.3　項目環境搭建　276