Java 入门教程（零基础）

Java 是什么，用来做什么

Java 由 Sun Microsystems 于 1995 年发布，如今在开源的 OpenJDK 项目中开发，Oracle 是主要的维护方。它的承诺是“一次编写，到处运行”：编译器生成字节码，JVM 在 Windows、macOS 和 Linux 上运行它。Java 被用于大型企业后端（常搭配 Spring Boot）、Android 应用（与 Kotlin 并用）、Apache Kafka 和 Hadoop 等大数据工具，以及许多桌面和嵌入式系统。每六个月发布一个新版本，生产环境通常选用 Java 21 这类长期支持（LTS）版本。

安装 JDK 并运行 Hello, world

安装 JDK（Java Development Kit），例如 Eclipse Temurin 这类 OpenJDK 构建版本，或 Oracle 的 JDK。用 java -version 检查。每个 Java 程序都位于某个类中，执行从 main 开始。

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

java Hello.java        # run a single source file directly
# Hello, world
javac Hello.java       # or compile to Hello.class first
java Hello

文件名必须与 public 类名一致（class Hello 对应 Hello.java）。

变量与基本类型

Java 有八种基本类型，直接存储值；另有引用类型（如 String 和数组这样的对象）。每个变量都有固定的类型；在方法内部，var 允许编译器根据初始值推断类型。

int count = 7;
double avg = count / 2;          // 3.0, integer division happens first
double avg2 = count / 2.0;       // 3.5
var name = "Ada";                // inferred as String
String msg = name + " has " + count + " items";
System.out.println(msg);         // Ada has 7 items
System.out.println(Integer.parseInt("12") + 1); // 13

这只是代码片段：请把这类语句放在 main 等方法内部。

流程控制

int score = 72;
if (score >= 90) {
    System.out.println("A");
} else if (score >= 70) {
    System.out.println("B");     // B
} else {
    System.out.println("C");
}
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    System.out.println(i);       // 0, 1, 2
}
String day = "SAT";
String kind = switch (day) {     // switch expression
    case "SAT", "SUN" -> "weekend";
    default -> "weekday";
};
System.out.println(kind);        // weekend

Java 还有 while、do/while，以及增强型 for (String s : list) 循环，用于遍历数组和集合。

方法、类与 record

类把字段（数据）和方法（行为）组织在一起。static 方法属于类本身；其他方法则在用 new 创建的对象上调用。record 是声明不可变数据类的简便写法：编译器会生成构造器、访问器、equals、hashCode 和 toString。

public class Shapes {
    static double square(double x) {
        return x * x;
    }
    static class Counter {
        private int value;
        void increment() { value++; }
        int get() { return value; }
    }
    record Point(int x, int y) {
        double distance() { return Math.sqrt(x * x + y * y); }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(square(4));        // 16.0
        Counter c = new Counter();
        c.increment();
        c.increment();
        System.out.println(c.get());          // 2
        Point p = new Point(3, 4);
        System.out.println(p + " " + p.distance()); // Point[x=3, y=4] 5.0
    }
}

类只能继承一个父类（extends），但可以实现多个接口（implements）。字段通常是 private，通过方法访问。

集合：List、Map 和 Set

java.util 中的集合框架提供了可变长度的数据结构。集合存放的是对象，所以基本类型会自动装箱（int 变成 Integer）。

import java.util.*;
public class Collections101 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> nums = new ArrayList<>(List.of(3, 1, 2));
        nums.add(5);
        Collections.sort(nums);
        System.out.println(nums + " " + nums.get(0));  // [1, 2, 3, 5] 1
        Map<String, Integer> ages = new HashMap<>();
        ages.put("ann", 31);
        ages.put("bob", 25);
        System.out.println(ages.getOrDefault("zed", 0)); // 0
        Set<String> tags = new TreeSet<>(List.of("b", "a", "b"));
        System.out.println(tags);                        // [a, b]
        List<Integer> evensSquared = nums.stream()
            .filter(n -> n % 2 == 0)
            .map(n -> n * n)
            .toList();
        System.out.println(evensSquared);                // [4]
    }
}

最后一条语句使用了流（stream）和 lambda，这是转换集合的函数式风格。List.of 创建不可变列表；需要修改时请用 new ArrayList<>(...) 包装。

标志性特性：静态类型、接口与模式匹配

接口定义了许多类都可以实现的契约，这是大多数 Java 设计的基础。现代 Java 加入了模式匹配：instanceof 和 switch 可以一步完成类型测试并绑定变量。密封接口（Java 17 及以后）会列出所有允许的实现，因此编译器可以检查 switch 是否覆盖了所有情况。

public class Areas {
    sealed interface Shape permits Circle, Rect {}
    record Circle(double r) implements Shape {}
    record Rect(double w, double h) implements Shape {}
    static double area(Shape s) {
        return switch (s) {
            case Circle c -> Math.PI * c.r() * c.r();
            case Rect r -> r.w() * r.h();
        };
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(area(new Rect(2, 3)));  // 6.0
    }
}

这样的 switch 模式匹配在 Java 21 LTS 及之后版本中已是标准特性。

异常

错误以异常的形式表示。受检异常（如 IOException）必须捕获或用 throws 声明；非受检异常（RuntimeException 的子类，如 NullPointerException）则不必。try-with-resources 会自动关闭文件和连接。

import java.io.*;
import java.nio.file.*;
public class ReadFirst {
    static int parseAge(String text) {
        int age = Integer.parseInt(text);   // may throw NumberFormatException
        if (age < 0) throw new IllegalArgumentException("negative age");
        return age;
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println(parseAge("abc"));
        } catch (NumberFormatException e) {
            System.out.println("not a number");  // not a number
        }
        try (BufferedReader in = Files.newBufferedReader(Path.of("notes.txt"))) {
            System.out.println(in.readLine());
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("cannot read: " + e.getMessage());
        }
    }
}

一个完整的小程序：词频统计

import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
import java.util.*;
public class WordCount {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        if (args.length != 1) {
            System.err.println("usage: java WordCount.java FILE");
            System.exit(1);
        }
        String text = Files.readString(Path.of(args[0])).toLowerCase();
        Map<String, Integer> counts = new HashMap<>();
        for (String word : text.split("[^a-z']+")) {
            if (!word.isEmpty()) counts.merge(word, 1, Integer::sum);
        }
        counts.entrySet().stream()
            .sorted(Map.Entry.<String, Integer>comparingByValue().reversed())
            .limit(5)
            .forEach(e -> System.out.printf("%5d  %s%n", e.getValue(), e.getKey()));
    }
}

用 java WordCount.java notes.txt 运行。它会输出出现次数最多的五个单词及其次数。

新手常见错误

• 整数除法：5 / 2 的结果是 2。让其中一边是 double，才能得到 2.5。
• 对 null 调用方法会抛出 NullPointerException。请检查 null，或对可能缺失的值使用 Optional。
• 试图修改用 List.of 创建的列表，会抛出 UnsupportedOperationException。
• 忘记数组和 List 的下标从 0 开始，因此最后一个元素在 length - 1。

接下来学什么

跟随官方 Java 开发者网站 dev.java 上的学习路径，并随时打开 Java SE API 文档作为参考。学习构建工具（Maven 或 Gradle）、用 JUnit 做单元测试，然后学习 Spring Boot 等框架来开发 Web 服务。同样运行在 JVM 上的 Kotlin 是顺理成章的下一门语言。