(2024年)《Java面向對象程序設計》教案

《Java面向對象程序設計》教案12024/3/26目錄contents課程介紹與目標Java基礎語法面向對象核心概念常用Java類庫及API使用異常處理機制及文件操作多線程編程技術數據庫連接與操作實踐項目實戰(zhàn)：簡易學生管理系統(tǒng)開發(fā)22024/3/2601課程介紹與目標32024/3/2603Java語言的核心技術簡要介紹Java語言的核心技術，如JVM、Java類庫、JavaAPI等。01Java語言的歷史與發(fā)展介紹Java語言的起源、發(fā)展歷程以及在不同領域的應用。02Java語言的特點與優(yōu)勢闡述Java語言跨平臺、面向對象、安全性等特點，以及其在軟件開發(fā)中的優(yōu)勢。Java語言概述42024/3/26123解釋對象、類、封裝、繼承、多態(tài)等面向對象的基本概念。面向對象的基本概念介紹面向對象的分析與設計方法，如UML建模、設計模式等。面向對象的分析與設計通過實例演示如何使用Java語言實現面向對象的編程。面向對象的編程實踐面向對象程序設計思想52024/3/26掌握Java語言的基本語法、面向對象程序設計思想、常用類庫和API的使用方法。知識目標能夠運用Java語言進行軟件開發(fā)，具備一定的軟件分析和設計能力。能力目標培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力，提高學生的團隊協(xié)作和溝通能力。素質目標課程目標與要求62024/3/26《Java面向對象程序設計》（第二版），XXX主編，XXX出版社。《Java編程思想》、《EffectiveJava》、《深入理解Java虛擬機》等經典書籍，以及Oracle官方文檔、在線教程等資源。教材及參考資料參考資料教材72024/3/2602Java基礎語法82024/3/26標識符用于命名變量、方法、類、接口等程序元素的名稱，需遵循命名規(guī)則。關鍵字Java語言中預定義的、有特殊含義的單詞，不能作為標識符使用。數據類型Java中的數據類型分為基本數據類型和引用數據類型，基本數據類型包括整型、浮點型、字符型和布爾型。標識符、關鍵字與數據類型92024/3/26運算符用于進行各種運算的符號，如算術運算符、關系運算符、邏輯運算符等。表達式由運算符和操作數組成的算式，用于計算并返回結果。運算符與表達式102024/3/26分支結構根據條件判斷結果，選擇不同的代碼塊執(zhí)行，包括if語句和switch語句。循環(huán)結構根據條件判斷結果，重復執(zhí)行某段代碼，包括while循環(huán)、do-while循環(huán)和for循環(huán)。順序結構程序按照代碼順序逐行執(zhí)行。控制結構112024/3/26一種存儲相同類型數據的容器，可以通過下標訪問數組元素。數組Java中的字符串是一種特殊的類類型，可以使用String類提供的方法進行處理，如連接字符串、截取子串、替換字符等。字符串處理數組與字符串處理122024/3/2603面向對象核心概念132024/3/26ABCD類與對象類的定義類是對象的抽象，它描述了具有相同屬性和行為的對象集合。成員變量和成員方法類中可以定義成員變量和成員方法，用于描述對象的屬性和行為。對象的創(chuàng)建使用`new`關鍵字和類的構造函數創(chuàng)建對象。訪問修飾符使用`public`、`private`、`protected`和默認修飾符來控制成員變量和成員方法的訪問權限。142024/3/2601將對象的屬性和行為封裝在類中，隱藏內部實現細節(jié)，只對外提供必要的接口。封裝02子類可以繼承父類的屬性和方法，實現代碼復用和擴展。繼承03子類可以重寫父類的方法，或者在子類中實現父類接口的方法，實現同一方法在不同對象上的不同表現。多態(tài)封裝、繼承和多態(tài)152024/3/26抽象類的定義抽象類是一種特殊的類，它不能被實例化，只能被繼承。抽象類中可以包含抽象方法和非抽象方法。接口與抽象類的區(qū)別接口只能包含方法的聲明，而抽象類可以包含方法的聲明和實現；接口可以被多繼承，而抽象類只能被單繼承。接口的定義接口是一種特殊的類，它只包含方法的聲明，不包含方法的實現。接口與抽象類162024/3/26內部類的定義內部類是定義在另一個類中的類，它可以訪問外部類的所有成員變量和方法。匿名內部類的定義匿名內部類是一種沒有名稱的內部類，它通常用于簡化代碼和減少類的數量。內部類與匿名內部類的區(qū)別內部類有名稱，可以被多次使用；而匿名內部類沒有名稱，只能被一次性使用。內部類與匿名內部類030201172024/3/2604常用Java類庫及API使用182024/3/26字符串處理類String和StringBuffer用于處理字符串數據，包括字符串的創(chuàng)建、連接、比較、查找、替換等操作。StringBuffer類用于動態(tài)修改字符串內容，提供了追加、插入、刪除等操作，且線程安全。兩者比較String類是不可變的，每次修改都會生成新的字符串對象；而StringBuffer類是可變的，可以直接修改字符串內容，適用于頻繁修改字符串的場景。String類192024/3/26用于表示特定的瞬時、年、月、日、時、分、秒，可以精確到毫秒。Date類提供了操作日歷字段（如年、月、日、時、分、秒）的方法，可以獲取和設置日期時間。Calendar類Date類主要用于表示日期時間，而Calendar類則提供了更豐富的日期時間操作方法，如計算兩個日期之間的差值、設置時區(qū)等。兩者比較日期時間處理類Date和Calendar202024/3/26Java集合框架主要包括接口（如Collection、List、Set、Queue、Deque等）和實現類（如ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet等）。集合框架提供了數據的存儲和訪問機制，可以方便地存儲和操作一組對象。不同集合類型的特點和使用場景：如List有序可重復，適用于需要保持元素插入順序的場景；Set無序不可重復，適用于需要去除重復元素的場景；Queue用于模擬隊列數據結構，適用于先進先出（FIFO）的場景；Deque用于模擬雙端隊列數據結構，適用于兩端都可以插入和刪除元素的場景。集合框架類庫212024/3/26輸入輸出流處理IO類庫JavaIO類庫提供了處理輸入輸出的機制，包括字節(jié)流（如InputStream和OutputStream）和字符流（如Reader和Writer）。IO類庫支持多種數據源和數據目的地，如文件、網絡連接等。常見IO操作：如文件讀寫（包括文本文件和二進制文件）、網絡數據傳輸、數據壓縮與解壓縮等。222024/3/2605異常處理機制及文件操作232024/3/26異常的概念異常是指在程序運行過程中發(fā)生的非正常情況或事件，它會中斷程序的正常流程并可能導致程序崩潰。Java語言提供了一套完整的異常處理機制，包括異常的拋出、捕獲、處理和聲明等。Java中的所有異常類都是`Throwable`類的子類，其中`Error`類表示嚴重錯誤，通常不需要捕獲；`Exception`類表示需要捕獲的異常，它又分為運行時異常（`RuntimeException`）和編譯時異常（非`RuntimeException`）。Java中的異常處理機制異常類的繼承關系異常處理機制概述242024/3/26try語句塊01用于包含可能拋出異常的代碼段，當異常發(fā)生時，程序會跳轉到相應的catch語句塊進行處理。catch語句塊02用于捕獲并處理try語句塊中拋出的異常，可以指定多個catch語句塊來捕獲不同類型的異常。finally語句塊03無論是否發(fā)生異常，finally語句塊中的代碼都會被執(zhí)行，通常用于釋放資源或執(zhí)行清理操作。try-catch-finally語句塊使用252024/3/26使用示例try{```javatry-catch-finally語句塊使用262024/3/26try-catch-finally語句塊使用01//可能拋出異常的代碼段02}catch(ExceptionType1e){//處理ExceptionType1類型的異常03272024/3/26}catch(ExceptionType2e){//處理ExceptionType2類型的異常try-catch-finally語句塊使用282024/3/26}finally{//釋放資源或執(zhí)行清理操作try-catch-finally語句塊使用292024/3/26try-catch-finally語句塊使用}```302024/3/26自定義異常類在需要拋出異常的代碼段中使用`throw`關鍵字拋出自定義的異常對象，并在相應的catch語句塊中捕獲并處理該異常。自定義異常類的使用當Java提供的標準異常類無法滿足特定需求時，可以通過自定義異常類來處理特定類型的異常。自定義異常類的必要性自定義一個繼承自`Exception`類或其子類的類，并在其中定義構造方法和重寫`toString()`方法等來描述異常信息。自定義異常類的創(chuàng)建方法312024/3/26文件讀寫操作示例322024/3/26文件讀寫操作示例010203importjava.io.File;importjava.io.FileNotFoundException;```java332024/3/26010203importjava.util.Scanner;publicclassFileReadExample{publicstaticvoidmain(String[]args){文件讀寫操作示例342024/3/26Filefile=newFile("example.txt");文件讀寫操作示例352024/3/26文件讀寫操作示例01try{02Scannerscanner=newScanner(file);03while(scanner.hasNextLine()){362024/3/26VSStringline=scanner.nextLine();System.out.println(line);文件讀寫操作示例372024/3/26文件讀寫操作示例}02scanner.close();03}catch(FileNotFoundExceptione){01382024/3/26文件讀寫操作示例System.out.println("Filenotfound:"+e.getMessage());392024/3/26}}}文件讀寫操作示例402024/3/26```文件寫操作示例：使用`java.io.FileWriter`類和`java.io.BufferedWriter`類向文本文件中寫入內容，示例代碼如下文件讀寫操作示例412024/3/26```javaimportjava.io.BufferedWriter;importjava.io.FileWriter;010203文件讀寫操作示例422024/3/26importjava.io.IOException;publicclassFileWriteExample{publicstaticvoidmain(String[]args){010203文件讀寫操作示例432024/3/26StringfileName="example.txt";Stringcontent="Hello,world!";文件讀寫操作示例442024/3/26文件讀寫操作示例030201try{FileWriterfileWriter=newFileWriter(fileName);BufferedWriterbufferedWriter=newBufferedWriter(fileWriter);452024/3/26bufferedWriter.write(content);bufferedWriter.newLine();//換行bufferedWriter.close();文件讀寫操作示例462024/3/26}catch(IOExceptione){System.out.println("Errorwritingtofile:"+e.getMessage());文件讀寫操作示例472024/3/2602030401文件讀寫操作示例}}}```482024/3/2606多線程編程技術492024/3/26線程概念及創(chuàng)建方式線程是程序執(zhí)行流的最小單元，一個進程可以包含多個線程，它們共享進程的資源，如內存空間、文件句柄等。線程概念Java中創(chuàng)建線程主要有兩種方式，一種是繼承Thread類并重寫run()方法，另一種是實現Runnable接口并實現run()方法。創(chuàng)建線程的方式502024/3/26當多個線程訪問共享資源時，為了保證數據的一致性和完整性，需要對這些資源進行同步。Java中提供了synchronized關鍵字和Lock接口來實現線程同步。線程之間可以通過共享內存或消息傳遞來進行通信。Java中提供了Object類的wait()、notify()和notifyAll()方法以及Condition接口來實現線程間的通信。線程同步線程通信線程同步與通信方法512024/3/26死鎖概念死鎖是指兩個或兩個以上的線程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現象，若無外力作用，它們都將無法向前推進。要點一要點二死鎖解決方法預防死鎖、避免死鎖、檢測死鎖和解除死鎖。在Java中，可以通過合理的資源分配、使用鎖順序、設置超時時間等方式來避免死鎖的發(fā)生。死鎖問題及解決方法522024/3/26線程池概念線程池是一種多線程處理形式，處理過程中將任務添加到隊列，然后在創(chuàng)建線程后自動啟動這些任務。線程池線程都是后臺線程。每個線程都使用默認的堆棧大小，以默認的優(yōu)先級運行，并處于多線程單元中。線程池優(yōu)點降低資源消耗、提高響應速度、提高線程的可管理性。Java中提供了ExecutorService和ThreadPoolExecutor等類來實現線程池技術。線程池技術簡介532024/3/2607數據庫連接與操作實踐542024/3/26JDBC連接數據庫原理及步驟加載數據庫驅動通過Class.forName()方法加載數據庫驅動。原理JDBC（JavaDatabaseConnectivity）是Java提供的一套用于連接和操作數據庫的API。通過JDBC，Java程序可以與各種關系型數據庫進行交互，實現數據的增刪改查等操作。建立數據庫連接使用DriverManager.getConnection()方法建立與數據庫的連接。552024/3/26JDBC連接數據庫原理及步驟創(chuàng)建Statement對象通過Connection對象創(chuàng)建Statement對象，用于執(zhí)行SQL語句。執(zhí)行SQL語句使用Statement對象執(zhí)行SQL語句，如查詢、插入、更新等。處理結果集（如果有）如果是查詢操作，需要處理返回的結果集。關閉連接和資源最后需要關閉數據庫連接和相關資源。562024/3/26ABCD查詢全部數據使用SELECT語句查詢表中的所有數據。排序查詢使用ORDERBY子句對查詢結果進行排序，如按照某一列的值進行升序或降序排列。分組查詢使用GROUPBY子句對查詢結果進行分組，通常與聚合函數一起使用，如計算每組的平均值、最大值、最小值等。條件查詢使用WHERE子句添加查詢條件，如查詢特定條件下的數據。數據庫查詢操作示例572024/3/26使用INSERTINTO語句向表中插入新數據。插入數據使用UPDATE語句更新表中的數據，可以通過WHERE子句指定更新條件。更新數據使用DELETEFROM語句刪除表中的數據，可以通過WHERE子句指定刪除條件。刪除數據010203數據庫更新操作示例582024/3/26數據庫連接池是一種用于管理和復用數據庫連接的技術，它可以減少連接創(chuàng)建和銷毀的開銷，提高數據庫操作的性能。連接池在初始化時創(chuàng)建一組數據庫連接，并將這些連接保存在內存中。當應用程序需要使用數據庫連接時，它從連接池中獲取一個可用的連接；當應用程序使用完連接后，它將連接釋放回連接池，而不是關閉連接。這樣可以避免頻繁地創(chuàng)建和銷毀連接，提高數據庫操作的效率。常見的Java數據庫連接池實現有C3P0、HikariCP、ApacheDBCP等。這些連接池提供了豐富的配置選項和性能優(yōu)化手段，可以滿足不同應用場景的需求。連接池概念連接池原理常見連接池實現數據庫連接池技術簡介592024/3/2608項目實戰(zhàn)：簡易學生管理系統(tǒng)開發(fā)602024/3/26學生、教師、管理員。確定系統(tǒng)用戶角色學生信息管理、課程管理、成績管理、用戶管理等。明確系統(tǒng)功能需求系統(tǒng)需求分析及設計思路612024/3/26系統(tǒng)需求分析及設計思路分析系統(tǒng)非功