Java — Основы

Что такое Ява?

Java является одним из самых популярных языков программирования в мире и широко используется для разработки широкого спектра приложений, от простых мобильных приложений до сложных корпоративных систем. Изучение Java полезно для всех, кто заинтересован в разработке программного обеспечения или карьере программиста. Эта книга предназначена для того, чтобы помочь начинающим изучать программирование на Java с нуля, независимо от их опыта программирования.

Начало работы

Этот раздел познакомит вас с Java и ее возможностями. Мы узнаем, как загрузить и установить Java Development Kit (JDK) и настроить нашу среду разработки. Мы также напишем и запустим нашу первую Java-программу с помощью командной строки.

Перейдите на официальный сайт Oracle по адресу https://www.oracle.com/java/technologies/javase-downloads.html.
Выберите подходящую версию JDK для вашей операционной системы. Нажмите кнопку «Загрузить» для версии, которую вы хотите загрузить.
После завершения загрузки запустите установщик.
Следуйте инструкциям установщика, чтобы завершить процесс установки.
После завершения установки вам необходимо настроить среду разработки. Это включает в себя настройку переменных среды, которые указывают на каталог установки JDK.
Откройте Панель управления в Windows или Системные настройки в Mac OS X.
Нажмите «Система» или «Система и безопасность».
Нажмите на опцию «Дополнительные параметры системы».
Нажмите на кнопку «Переменные среды».
В разделе «Системные переменные» нажмите кнопку «Создать».
Введите «JAVA_HOME» в поле «Имя переменной».
Введите путь к каталогу установки JDK в поле «Значение переменной».
Нажмите кнопку «ОК», чтобы сохранить изменения.
В разделе «Системные переменные» прокрутите вниз и найдите «Путь».
Нажмите кнопку «Изменить».
Добавьте путь к каталогу «bin» вашего JDK в конец поля «Значение переменной».
Нажмите кнопку «ОК», чтобы сохранить изменения.
Закройте окно «Переменные среды» и окно «Свойства системы».
Откройте командную строку или окно терминала и введите «java -version», чтобы убедиться, что JDK установлен и настроен правильно.

Первая Java-программа:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!"); 
    }
}

Скомпилируйте файл Java для создания двоичного класса HelloWorld.class
Выполните сгенерированный класс

$javac HelloWorld.java
$java HelloWorld

Основы Java

Основные строительные блоки программирования на Java включают типы данных, переменные, операторы и управляющие структуры. Позже мы также узнаем о концепциях объектно-ориентированного программирования (ООП), таких как классы, объекты и методы. Но на данный момент ООП широко используется для разработки различных программных приложений, таких как Java, которые предоставляют широкий спектр функций и конструкций, позволяющих разработчикам создавать сложные, надежные и масштабируемые приложения.

Типы данных. Java поддерживает несколько типов данных, которые позволяют разработчикам определять переменные для хранения данных разных типов. Java поддерживает две основные категории типов данных: примитивные и ссылочные типы. Примитивные типы данных включают int, double, boolean, char, byte, short и long. К ссылочным типам данных относятся массивы, строки, объекты и классы.
Переменные. В Java переменная — это именованная ячейка памяти, в которой хранится значение определенного типа данных. Переменные в Java определяются с использованием синтаксиса: тип_данных имя_переменной = значение. Например, int num = 10; определяет целочисленную переменную с именем «num» с начальным значением 10.
Операторы. Java предоставляет несколько операторов, которые позволяют выполнять арифметические, реляционные и логические операции над переменными и литералами. К арифметическим операторам относятся +, -, *, / и %. Реляционные операторы включают ‹, ›, ‹=, ›=, == и !=. К логическим операторам относятся &&, || и !.
Структуры управления: Java предоставляет несколько управляющих структур, которые позволяют вам управлять ходом выполнения программы на основе определенных условий. Управляющие структуры включают операторы if-else, операторы switch, циклы и условные операторы. Например, оператор if-else проверяет условие и выполняет блок кода, если условие истинно, и другой блок кода, если условие ложно.

Вот пример программы на Java, в которой используются типы данных, переменные, операторы и управляющие структуры:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 10;
        int num2 = 5;
        int sum = num1 + num2;
        boolean isGreater = (num1 > num2);
        
        if (isGreater) {
            System.out.println("The sum is " + sum);
        } else {
            System.out.println("The difference is " + (num1 - num2));
        }
    }
}

Ввод и вывод

В Java существует несколько способов ввода и вывода данных. Вот некоторые часто используемые методы:

Использование класса Scanner: класс Scanner считывает ввод из консоли.

import java.util.Scanner;

public class InputExample {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        System.out.print("Enter your name: ");
        String name = scanner.nextLine();

        System.out.print("Enter your age: ");
        int age = scanner.nextInt();

        System.out.println("Your name is " + name + " and your age is " + age);
    }
}

Использование класса BufferedReader: класс BufferedReader используется для чтения ввода с консоли или из файла.

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class InputExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        System.out.print("Enter your name: ");
        String name = br.readLine();

        System.out.print("Enter your age: ");
        int age = Integer.parseInt(br.readLine());

        System.out.println("Your name is " + name + " and your age is " + age);
    }
}

Использование метода System.out.println(): Метод System.out.println() выводит данные на консоль.

public class OutputExample {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "John";
        int age = 30;

        System.out.println("Your name is " + name + " and your age is " + age);
    }
}

Использование класса PrintWriter: класс PrintWriter используется для вывода данных в файл.

import java.io.PrintWriter;

public class OutputExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        PrintWriter writer = new PrintWriter("output.txt");

        String name = "John";
        int age = 30;

        writer.println("Your name is " + name + " and your age is " + age);

        writer.close();
    }
}

Массивы и коллекции

В этом разделе будут рассмотрены массивы, коллекции и основные структуры данных в программировании на Java. Мы научимся объявлять и инициализировать массивы и использовать такие коллекции, как ArrayList и HashMap.

Объявление массива.Чтобы объявить массив, укажите его тип и размер.

int[] numbers = new int[5]; // declares an int array of size 5
String[] names = {"John", "Mary", "Bob"}; // declares a String array with initial values

Доступ к элементам массива. Вы можете получить доступ к элементам массива, используя их индекс. Индекс начинается с 0 и доходит до size-1.

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
System.out.println(numbers[0]); // outputs 1
System.out.println(numbers[2]); // outputs 3

Перебор массива. Вы можете использовать цикл for для перебора элементов массива.

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println(numbers[i]);
}

Объявление коллекции. Чтобы объявить коллекцию, укажите ее тип.

List<String> names = new ArrayList<String>(); // declares a List of Strings
Set<Integer> numbers = new HashSet<Integer>(); // declares a Set of Integers
Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();  // declares a Map of Keys and Values

Добавление элементов в коллекцию.Используя метод add(), вы можете добавлять элементы.

List<String> names = new ArrayList<String>();
names.add("John");
names.add("Mary");

Доступ к элементам коллекции. Вы можете получить доступ к элементам коллекции с помощью итератора или цикла for-each.

List<String> names = new ArrayList<String>();
names.add("John");
names.add("Mary");

Iterator<String> iterator = names.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

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

Удаление элементов из коллекции. Вы можете удалить элементы из коллекции с помощью метода remove().

List<String> names = new ArrayList<String>();
names.add("John");
names.add("Mary");
names.remove("John");

Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Объектно-ориентированное программирование — (ООП) — это парадигма программирования, широко используемая в Java. Основное внимание уделяется созданию объектов, которые инкапсулируют данные и поведение и взаимодействуют друг с другом для решения проблем. Вот основные принципы ООП в Java:

Классы и объекты.Класс — это план создания объектов, а объект — экземпляр класса. Класс определяет свойства и поведение объекта, а объект является экземпляром класса со своими значениями свойств.
Абстракция. Абстракция — это процесс сокрытия деталей реализации класса и предоставления пользователю только необходимой информации. Это позволяет пользователю взаимодействовать с объектом, не зная, как он работает внутри.
Наследование. Наследование — это процесс создания нового класса из существующего класса. Новый класс, называемый подклассом, наследует свойства и поведение существующего класса, называемого суперклассом. Это позволяет подклассу повторно использовать код суперкласса и добавлять его функциональные возможности.
Полиморфизм. Полиморфизм — это способность объекта принимать различные формы. В Java полиморфизм достигается за счет переопределения и перегрузки методов. Переопределение метода позволяет подклассу реализовать метод, унаследованный от суперкласса, а перегрузка метода позволяет классу иметь несколько методов с одинаковым именем, но разными параметрами.
Инкапсуляция.Инкапсуляция — это процесс сокрытия внутренних деталей объекта от внешнего мира. Это достигается за счет того, что свойства и методы объекта становятся закрытыми, а общедоступный интерфейс предоставляется только для взаимодействия с объектом.

Ниже приведен пример того, как ООП работает в Java. В этом примере он определяется как класс Car с двумя свойствами (модель и год) и двумя методами (startEngine и геттеры для модели и года). Кроме того, он создал экземпляр класса Car в классе Main и вызвал его методы для запуска двигателя и отображения модели и года выпуска.

public class Car {

    private String model;

    private int year;
    
    public Car(String model, int year) {
        this.model = model;
        this.year = year;
    }
    
    public void startEngine() {
        System.out.println("Starting the engine of " + model + "...");
    }
    
    public String getModel() {
        return model;
    }
    
    public int getYear() {
        return year;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car("Toyota Camry", 2021);
        car.startEngine();

        System.out.println("Model: " + car.getModel());
        System.out.println("Year: " + car.getYear());
    }
}

Обработка исключений

Обработка исключений — это процесс обнаружения и реагирования на исключительные ситуации, такие как ошибки или непредвиденные события в программе. В Java обработка исключений достигается за счет использования блоков try-catch. Таким образом, обработка исключений в Java позволяет обнаруживать исключительные ситуации в вашей программе и реагировать на них, обеспечивая ее бесперебойную работу и отсутствие ошибок. Вот несколько примеров того, как это работает:

Попыточный блок. Код, который может вызвать исключение, заключен в пробный блок. Управление передается блоку catch, если в блоке try возникает исключение.
Блок Catch.Блок catch выполняется, если в блоке try возникает исключение. В качестве параметра принимает объект исключения, содержащий информацию о возникшем исключении.

try {
    // code that might throw an exception
} catch (Exception e) {
    // code to handle the exception
}

Несколько блоков catch. У вас может быть несколько блоков catch для обработки разных исключений. Блоки catch выполняются по порядку, и выполняется только первый блок, соответствующий типу исключения.

try {
    // code that might throw an exception
} catch (IOException e) {
    // code to handle IOException
} catch (Exception e) {
    // code to handle other types of exceptions
}

Блок final: блок finally выполняется независимо от того, возникает исключение или нет. Он часто используется для освобождения ресурсов, таких как файлы или сетевые подключения, которые были получены в блоке try.

try {
    // code that might throw an exception
} catch (Exception e) {
    // code to handle the exception
} finally {
    // code to release resources
}

Инструкция Throw. Вы можете использовать инструкцию throw для создания исключения в коде вручную. Это полезно для обработки исключительных ситуаций, которые не могут быть обработаны стандартными классами исключений.

if (age < 0) {
    throw new IllegalArgumentException("Age cannot be negative");
}

Пользовательские исключения. Вы можете создавать свои классы исключений, расширяя стандартные классы исключений или создавая новый класс, реализующий интерфейс Throwable. Это позволяет вам определить типы исключений, специфичные для вашей программы.

public class CustomException extends Exception {
    public CustomException(String message) {
        super(message);
    }
}

Ввод/вывод (ввод/вывод)

В Java файловый ввод/вывод (I/O) обрабатывается пакетом java.io. Этот пакет предоставляет классы и методы для чтения и записи в файлы. Пакет java.io предоставляет несколько других классов и методов для операций ввода-вывода файлов, например классы BufferedReader и BufferedWriter для чтения и записи текстовых файлов и класс RandomAccessFile для чтения и записи двоичных файлов.Важно правильно закрыть все потоки и модули чтения/записи, когда вы закончите с ними, что можно сделать с помощью try-with-resources, как показано в примерах ниже.

Java 8 предоставляет несколько способов выполнения операций ввода-вывода файлов, например, класс Scanner для чтения из файла, класс PrintWriter для записи в файл и метод Files.copy() для копирования файлов.

Чтение файла. Вы можете использовать класс BufferedReader для чтения содержимого файла построчно:

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("filename.txt"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

Чтение файла в виде потока.Вы можете использовать класс Files для чтения содержимого файла в виде потока строк:

try (Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("filename.txt"))) {
    lines.forEach(System.out::println);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

Запись в файл. Вы можете использовать класс BufferedWriter для записи в файл:

try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("filename.txt"))) {
    bw.write("This is the first line");
    bw.newLine();
    bw.write("This is the second line");
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

Запись в файл в виде потока. Вы можете использовать класс Files для записи в файл в виде потока строк:

List<String> lines = Arrays.asList("This is the first line", "This is the second line");
try {
    Files.write(Paths.get("filename.txt"), lines);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

Качать

Swing — это набор инструментов GUI (графический пользовательский интерфейс) для Java, который позволяет разработчикам создавать и проектировать пользовательские интерфейсы для своих Java-приложений. В целом Swing — это мощный и полезный инструментарий для создания графических интерфейсов на Java, который до сих пор широко используется во многих приложениях. Тем не менее, несколько других альтернатив могут быть более популярными. Итак, вот основные шаги для создания графического интерфейса с использованием Swing в Java:

Создайте новый объект JFrame.Класс JFrame — это контейнер верхнего уровня в графическом интерфейсе Swing. Вы можете создать новый объект JFrame с помощью конструктора:

JFrame frame = new JFrame("My Application");

Добавление компонентов в JFrame. Вы можете добавлять компоненты, такие как кнопки, метки, текстовые поля и т. д., в JFrame с помощью метода add():

JButton button = new JButton("Click Me!");
frame.add(button);

Установка менеджера компоновки для JFrame.Диспетчер компоновки определяет порядок расположения компонентов в JFrame. Вы можете установить менеджер компоновки, используя метод setLayout():

frame.setLayout(new FlowLayout());

Установка размера и видимости JFrame.Вы можете установить размер JFrame с помощью метода setSize() и сделать его видимым с помощью метода setVisible():

frame.setSize(300, 200);
frame.setVisible(true);

Добавьте прослушиватели событий к компонентам. Вы можете добавить их к таким компонентам, как кнопки, чтобы выполнять действия, когда пользователь взаимодействует с ними. Это добавляет к кнопке ActionListener, который выводит сообщение на консоль при нажатии. Вот пример:

button.addActionListener(new ActionListener() {
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        System.out.println("Button clicked!");
    }
});

В дополнение к этим основным шагам, описанным выше, Swing предоставляет множество других компонентов и функций для создания многофункциональных пользовательских интерфейсов. Например, вы можете создавать меню с помощью JMenu и JMenuItem, отображать изображения с помощью ImageIcon и использовать JFileChooser для выбора файлов. Вы также можете настроить внешний вид компонентов, используя стили и темы.

Сеть

Java предоставляет несколько классов и API для работы с сетевыми протоколами, такими как HTTP и FTP. Вот краткий обзор того, как работает сеть с HTTP и FTP в Java:

HTTP. Чтобы сделать HTTP-запрос в Java, обычно используется класс HttpURLConnection, подкласс класса URLConnection. Вот пример того, как сделать запрос GET к URL-адресу с помощью HttpURLConnection:

URL url = new URL("https://www.example.com");
HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();
conn.setRequestMethod("GET");

// Read the response
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(conn.getInputStream()));
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
    System.out.println(line);
}
reader.close();

Этот код создает объект HttpURLConnection для заданного URL-адреса, задает для метода запроса значение GET и считывает ответ с сервера с помощью BufferedReader.

FTP: Java также предоставляет API для работы с FTP (протокол передачи файлов). Протокол FTP используется для передачи файлов между серверами и клиентами. Чтобы использовать FTP в Java, вы обычно используете класс FTPClient, который является частью библиотеки Apache Commons Net. Вот пример того, как подключиться к FTP-серверу и загрузить файл с помощью FTPClient:

FTPClient ftp = new FTPClient();
ftp.connect("ftp.example.com");
ftp.login("username", "password");
ftp.enterLocalPassiveMode();

OutputStream out = new FileOutputStream("localfile.txt");
ftp.retrieveFile("/remotefile.txt", out);

out.close();
ftp.logout();
ftp.disconnect();

Этот код подключается к FTP-серверу, входит в систему с именем пользователя и паролем, устанавливает пассивный режим, загружает удаленный файл в локальную файловую систему, а затем выходит из системы и отключается от сервера.

Это всего лишь несколько примеров того, как в Java работает сетевое взаимодействие с HTTP и FTP. Доступно гораздо больше классов и API для работы с различными сетевыми протоколами, такими как сокеты, электронная почта и т. д.

Заключение

К настоящему времени вы будете иметь четкое представление об основах программирования на Java и сможете создавать простые приложения на Java. У вас также будет основа для дальнейшего изучения более сложных тем в программировании на Java. Помните, что практика необходима для обучения кодированию, поэтому продолжайте практиковаться и исследовать огромный мир программирования на Java!