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Java 编程旅程（二）

news 2025/7/13 8:15:25

在前一篇博客中，我们介绍了 Java 编程的基础知识和入门步骤。现在，我们将继续深入探讨 Java 的一些高级特性，以帮助你进一步提升编程技能。通过这篇博客，你将学习到更复杂的概念和技术，比如面向对象编程（OOP）的深入应用、异常处理、集合框架以及多线程编程等内容。

1. 面向对象编程进阶

Java 是一种面向对象的编程语言。要真正掌握 Java，理解并灵活运用面向对象的特性至关重要。我们将深入探讨类、对象、继承、多态和封装等关键概念。

1.1 继承与方法重写

继承是 OOP 中的一项重要特性，它允许一个类继承另一个类的属性和方法，从而实现代码重用。在 Java 中，所有类都默认继承自 Object 类。

示例：继承和方法重写

// 父类 Animal
class Animal {public void speak() {System.out.println("Animal speaks");}
}// 子类 Dog 继承自 Animal
class Dog extends Animal {// 重写父类的 speak 方法@Overridepublic void speak() {System.out.println("Dog barks");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal animal = new Animal();animal.speak();  // 输出: Animal speaksDog dog = new Dog();dog.speak();     // 输出: Dog barks}
}

解释：

Dog 类继承了 Animal 类，因此它拥有了 Animal 类的所有属性和方法。
speak() 方法在 Dog 类中被重写，实现了多态。

1.2 多态

多态是指不同类的对象对同一消息做出不同响应的能力。Java 中通过方法重写来实现多态。关键点在于：方法重写是运行时多态，即根据对象的实际类型来调用相应的方法。

class Animal {public void speak() {System.out.println("Animal speaks");}
}class Dog extends Animal {@Overridepublic void speak() {System.out.println("Dog barks");}
}class Cat extends Animal {@Overridepublic void speak() {System.out.println("Cat meows");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal myAnimal = new Dog();myAnimal.speak();  // 输出: Dog barksmyAnimal = new Cat();myAnimal.speak();  // 输出: Cat meows}
}

解释：

myAnimal 变量的类型是 Animal，但是它指向的实际对象可以是 Dog 或 Cat。
通过这种方式，Java 可以根据实际对象的类型来调用正确的方法，体现了多态的特性。

1.3 抽象类和接口

抽象类：抽象类是不能实例化的类，它可以包含抽象方法（没有实现的方法）和普通方法。它通常作为其他类的基类。
接口：接口是抽象方法的集合，任何实现接口的类必须提供这些方法的具体实现。

示例：抽象类与接口

// 抽象类
abstract class Animal {abstract void sound();  // 抽象方法，必须在子类中实现public void sleep() {System.out.println("Animal is sleeping");}
}// 接口
interface Movable {void move();  // 接口方法，不需要实现
}// Dog 类继承抽象类并实现接口
class Dog extends Animal implements Movable {@Overridevoid sound() {System.out.println("Dog barks");}@Overridepublic void move() {System.out.println("Dog moves");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Dog dog = new Dog();dog.sound();  // 输出: Dog barksdog.sleep();  // 输出: Animal is sleepingdog.move();   // 输出: Dog moves}
}

2. 异常处理与错误处理

异常处理是编写健壮程序的重要部分。Java 提供了强大的异常处理机制，允许你捕获并处理程序运行时出现的错误，避免程序崩溃。

2.1 异常类型

检查型异常（Checked Exception）：必须显式处理的异常，如 IOException。
非检查型异常（Unchecked Exception）：运行时可能出现的异常，如 NullPointerException 和 ArrayIndexOutOfBoundsException。

2.2 捕获和处理异常

示例：使用 try-catch 进行异常处理

public class ExceptionExample {public static void main(String[] args) {try {int result = 10 / 0;  // 可能发生除以零的异常} catch (ArithmeticException e) {System.out.println("Error: " + e.getMessage());} finally {System.out.println("This will always run.");}}
}

解释：

try 块包含可能抛出异常的代码。
catch 块捕获特定的异常类型，并进行处理。
finally 块无论是否发生异常都会执行，用于释放资源等清理工作。

3. Java 集合框架

集合框架提供了多种容器类，用于存储和操作数据。它包括 List、Set、Map 等接口及其常见实现类。

3.1 List 接口及其实现

List 接口允许按顺序存储元素，可以包含重复元素。

示例：使用 ArrayList

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListExample {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Orange");for (String item : list) {System.out.println(item);  // 输出列表中的元素}}
}

3.2 Set 接口及其实现

Set 接口不允许重复元素。常用的实现类有 HashSet 和 TreeSet。

示例：使用 HashSet

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class SetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Apple");  // 重复元素将被忽略for (String item : set) {System.out.println(item);  // 输出: Apple, Banana}}
}

3.3 Map 接口及其实现

Map 接口用于存储键值对，常见的实现类有 HashMap 和 TreeMap。

示例：使用 HashMap

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class MapExample {public static void main(String[] args) {Map<String, Integer> map = new HashMap<>();map.put("Alice", 25);map.put("Bob", 30);for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}}
}

4. 多线程编程

多线程是 Java 的强大特性之一，它允许程序同时执行多个任务。在现代应用程序中，线程广泛应用于并发处理任务。

4.1 创建线程

在 Java 中，线程有两种常见的创建方式：

继承 Thread 类。
实现 Runnable 接口。

示例：使用 `Thread` 类创建线程

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("Thread is running");}
}public class ThreadExample {public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start();  // 启动线程}
}

示例：使用 `Runnable` 接口创建线程

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("Runnable is running");}
}public class RunnableExample {public static void main(String[] args) {MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();Thread thread = new Thread(myRunnable);thread.start();  // 启动线程}
}