Java 思维导图

中心主题：Java

Java 基础

• 1. 概述与环境搭建

  • 什么是Java：一种高级、面向对象、跨平台的编程语言。
  • 核心思想：
    • 万物皆对象：将现实世界抽象为程序中的对象。
    • 封装：隐藏对象的内部状态,只暴露必要的操作接口。
    • 继承：子类可以继承父类的属性和方法,实现代码复用。
    • 多态：同一操作作用于不同的对象,会产生不同的执行结果。
  • JDK, JRE, JVM：
    • JDK (Java Development Kit)：Java开发工具包，包含JRE和开发工具（如编译器javac）。
    • JRE (Java Runtime Environment)：Java运行环境,包含JVM和核心类库。
    • JVM (Java Virtual Machine)：Java虚拟机，是Java跨平台的核心,负责执行字节码。
  • 环境变量：配置JAVA_HOME和PATH,使命令行能识别Java命令。
  • 第一个程序：Hello, World!，学习编译(javac)和运行(java)。

• 2. 语法基础

  • 数据类型：
    • 基本类型：byte, short, int, long, float, double, char, boolean。
    • 引用类型：类, 接口, 数组, 枚举。
  • 变量与常量：声明、初始化、作用域。
  • 运算符：算术、关系、逻辑、赋值、三目运算符。
  • 流程控制：
    • 条件语句：if-else, switch。
    • 循环语句：for, while, do-while。
    • 跳转语句：break, continue, return。
  • 数组：声明、创建、初始化、遍历（for-each）。

• 3. 面向对象

  • 类与对象：类是模板,对象是实例。
  • 成员变量 vs 局部变量：位置、内存位置、生命周期。
  • 方法：定义、重载、递归。
  • 构造方法：创建对象时自动调用的特殊方法。
  • this关键字：指代当前对象实例。
  • static关键字：
    • 静态变量：属于类,所有对象共享。
    • 静态方法：属于类,通过类名调用。
    • 静态代码块：在类加载时执行一次。
  • 封装：使用private修饰符隐藏数据，提供public的getter/setter方法。
  • 继承：extends关键字，子类继承父类,方法重写。
  • 多态：
    • 前提：继承、重写、父类引用指向子类对象。
    • 体现：编译时多态（方法重载），运行时多态（方法重写）。
  • 抽象类与接口：
    • 抽象类：abstract关键字，包含抽象方法和具体方法,不能实例化。
    • 接口：interface关键字，全是抽象方法和常量（Java 8后可含默认/静态方法）,用于实现多继承。
  • 内部类：

    成员内部类、静态内部类、局部内部类、匿名内部类。

• 4. 常用API

  • 字符串：
    • String：不可变,线程安全。
    • StringBuilder：可变，非线程安全,单线程性能高。
    • StringBuffer：可变，线程安全,多线程安全。
  • 包装类：Integer, Double等，实现基本类型与对象之间的转换（自动装箱/拆箱）。
  • 日期时间：
    • 旧版：java.util.Date, java.util.Calendar。
    • 新版（Java 8+）：java.time包下的LocalDate, LocalTime, LocalDateTime。
  • 集合框架：
    • Collection接口：
      • List接口 (有序, 可重复)：ArrayList (数组实现, 查快), LinkedList (链表实现, 增删快), Vector (线程安全)。
      • Set接口 (无序, 不可重复)：HashSet (哈希表实现), LinkedHashSet (插入有序), TreeSet (排序)。
    • Map接口 (键值对存储)：HashMap (哈希表实现), LinkedHashMap (插入有序), TreeMap (排序), Hashtable (线程安全)。
  • I/O流：
    • 字节流：InputStream, OutputStream。
    • 字符流：Reader, Writer。
    • 缓冲流：Buffered...,提高读写效率。
    • NIO (New I/O)：基于通道和缓冲区的非阻塞I/O模型。

Java 高级特性

• 1. 异常处理

  • 体系结构：Throwable -> Error (严重JVM错误) / Exception (程序可处理) -> RuntimeException (运行时异常, 检查不到) / CheckedException (受检异常, 必须处理)。
  • 关键字：try, catch, finally, throw, throws。

• 2. 泛型

  • 作用：在编译阶段进行类型检查，避免强制类型转换,提高代码安全性。
  • 使用：类、方法、接口上使用<>，如List<String>。
  • 通配符：, ? extends T (上界), ? super T (下界)。

• 3. 反射

  • 概念：在运行时动态地获取类的信息（构造器、方法、字段）并操作对象。
  • 核心类：Class, Constructor, Method, Field。
  • 应用：框架（如Spring）、动态代理、序列化。

• 4. 注解

  • 概念：代码中的特殊标记，用于解释代码、编译检查或运行时处理。
  • 内置注解：@Override, @Deprecated, @SuppressWarnings。
  • 元注解：注解的注解，如@Target, @Retention。
  • 自定义注解。

• 5. 多线程与并发

  • 基础：
    • 创建线程：继承Thread类，实现Runnable接口。
    • 线程生命周期：新建、就绪、运行、阻塞、死亡。
    • 线程同步：synchronized关键字。
  • 高级并发：
    • java.util.concurrent包：
      • 线程池：ExecutorService, ThreadPoolExecutor,管理线程资源。
      • 锁：ReentrantLock (比synchronized更灵活)。
      • 原子类：AtomicInteger等,保证原子性操作。
      • 并发集合：ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList等,线程安全的集合。
    • volatile关键字：保证可见性,禁止指令重排序。
    • ThreadLocal：为每个线程提供独立的变量副本。

Java 核心库与框架

• 1. 核心库

  • 集合框架 (见1.4)
  • I/O流 (见1.4)
  • 网络编程：
    • Socket：基于TCP的可靠通信。
    • DatagramSocket：基于UDP的快速通信。
  • 其他：正则表达式、国际化、工具类(Math, Collections等)。

• 2. 主流框架

  • Spring生态系统：
    • Spring Framework：核心容器、AOP、事务管理。
    • Spring Boot：简化Spring应用的初始搭建和开发,约定优于配置。
    • Spring Cloud：用于构建微服务架构。
    • Spring MVC：用于构建Web应用的MVC框架。
  • 持久层框架：
    • MyBatis：优秀的持久层框架，支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。
    • JPA (Java Persistence API)：Java EE的标准ORM规范,Hibernate是其主流实现。
  • 其他：
    • Netty：高性能、异步事件驱动的网络应用框架。
    • Log4j / Logback：日志框架。
    • JUnit：单元测试框架。

Java 开发工具与生态

• 1. 开发工具

  • IDE (集成开发环境)：
    • IntelliJ IDEA：目前最流行、功能最强大的Java IDE。
    • Eclipse：经典的开源IDE。
    • VS Code：轻量级,通过插件支持Java开发。
  • 构建工具：
    • Maven：依赖管理、项目构建、打包。
    • Gradle：基于Groovy/Kotlin的DSL，比Maven更灵活,构建速度更快。
  • 版本控制：
    • Git：分布式版本控制系统，配合GitHub/GitLab使用。

• 2. 应用领域

  • 后端开发：企业级应用、网站后端服务（最核心的应用领域）。
  • 大数据：Hadoop、Spark、Flink等大数据框架主要用Java/Scala编写。
  • 安卓开发：虽然现在主推Kotlin,但Java仍是安卓开发的重要语言。
  • 嵌入式系统：Java ME（已衰落）和一些物联网设备。
  • 金融科技：因其稳定性和安全性，在银行、证券等领域被广泛使用。

Java 新特性与未来

• 1. 新版本特性 (以Java 8/11/17 LTS为例)
  • Java 8 (里程碑版本)：
    • Lambda表达式：函数式编程。
    • Stream API：对集合进行链式、并行操作。
    • 新的日期时间API (java.time)。
    • 接口默认方法/静态方法。
  • Java 11 (LTS)：var局部变量类型推断、HTTP Client API等。
  • Java 17 (LTS)：密封类、Pattern Matching for switch等。
• 2. 未来趋势
  • 模块化系统 (JPMS - Java Platform Module System)：更强大的封装性，解决“JAR地狱”问题。
  • 更深入的函数式编程。
  • 性能持续优化。
  • 与云原生、Serverless的结合。