Java 21 零基础入门教程

本文档提供完整的 Java 21 入门教程，从环境搭建到面向对象编程，包含最新的 Java 21 特性。

第一部分：Java 简介与环境搭建
第二部分：第一个 Java 程序
第三部分：Java 基础语法
第四部分：流程控制
第五部分：数组
第六部分：方法（函数）
第七部分：面向对象编程
第八部分：Java 21 新特性
第九部分：异常处理
第十部分：集合框架
学习建议
下一步学习方向

第一部分：Java 简介与环境搭建

1.1 什么是 Java？

Java 是一种广泛使用的编程语言，具有以下特点：

跨平台：一次编写，到处运行
面向对象：支持封装、继承、多态
简单易学：语法类似 C++，但更简洁
开源免费：拥有强大的社区支持

1.2 安装 Java 开发环境

下载 JDK 21

访问 Oracle 官网
选择对应操作系统的 JDK 21
下载并安装

配置环境变量

Windows：

bash 复制代码

# 添加系统变量
JAVA_HOME = C:\Program Files\Java\jdk-21
PATH = %JAVA_HOME%\bin;...

Mac/Linux：

bash 复制代码

# 编辑 ~/.bashrc 或 ~/.zshrc
export JAVA_HOME=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-21.jdk/Contents/Home
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

验证安装

打开终端/命令提示符，输入：

bash 复制代码

java -version
javac -version

第二部分：第一个 Java 程序

2.1 Hello World 程序

创建文件 HelloWorld.java：

java 复制代码

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

编译和运行：

bash 复制代码

javac HelloWorld.java    # 编译
java HelloWorld          # 运行

2.2 程序结构解析

public class HelloWorld：定义类，类名必须与文件名相同
public static void main(String[] args)：程序入口点
System.out.println()：输出语句

第三部分：Java 基础语法

3.1 变量和数据类型

java 复制代码

public class Variables {
    public static void main(String[] args) {
        // 基本数据类型
        int age = 25;                    // 整数
        double price = 19.99;            // 浮点数
        char grade = 'A';                // 字符
        boolean isJavaFun = true;        // 布尔值
        String name = \"张三\";            // 字符串
        
        // 输出变量
        System.out.println(\"姓名: \" + name);
        System.out.println(\"年龄: \" + age);
        System.out.println(\"价格: \" + price);
    }
}

3.2 数据类型详解

类型	大小	范围	示例
byte	8位	-128 ~ 127	`byte b = 100;`
short	16位	-32768 ~ 32767	`short s = 1000;`
int	32位	-2³¹ ~ 2³¹-1	`int i = 100000;`
long	64位	-2⁶³ ~ 2⁶³-1	`long l = 100000L;`
float	32位	单精度浮点数	`float f = 3.14f;`
double	64位	双精度浮点数	`double d = 3.14;`
char	16位	Unicode字符	`char c = 'A';`
boolean	1位	true/false	`boolean flag = true;`

3.3 运算符

java 复制代码

public class Operators {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10, b = 3;
        
        // 算术运算符
        System.out.println(\"a + b = \" + (a + b));  // 13
        System.out.println(\"a - b = \" + (a - b));  // 7
        System.out.println(\"a * b = \" + (a * b));  // 30
        System.out.println(\"a / b = \" + (a / b));  // 3
        System.out.println(\"a % b = \" + (a % b));  // 1
        
        // 比较运算符
        System.out.println(\"a == b: \" + (a == b)); // false
        System.out.println(\"a > b: \" + (a > b));   // true
        
        // 逻辑运算符
        boolean x = true, y = false;
        System.out.println(\"x && y: \" + (x && y)); // false
        System.out.println(\"x || y: \" + (x || y)); // true
        System.out.println(\"!x: \" + (!x));         // false
    }
}

第四部分：流程控制

4.1 条件语句

java 复制代码

public class Conditionals {
    public static void main(String[] args) {
        int score = 85;
        
        // if-else 语句
        if (score >= 90) {
            System.out.println(\"优秀\");
        } else if (score >= 80) {
            System.out.println(\"良好\");
        } else if (score >= 60) {
            System.out.println(\"及格\");
        } else {
            System.out.println(\"不及格\");
        }
        
        // switch 语句 (Java 14+ 新语法)
        String grade = switch (score / 10) {
            case 10, 9 -> \"A\";
            case 8 -> \"B\";
            case 7 -> \"C\";
            case 6 -> \"D\";
            default -> \"F\";
        };
        System.out.println(\"等级: \" + grade);
    }
}

4.2 循环语句

java 复制代码

public class Loops {
    public static void main(String[] args) {
        // for 循环
        System.out.println(\"for 循环:\");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println(\"数字: \" + i);
        }
        
        // while 循环
        System.out.println(\"\
while 循环:\");
        int j = 1;
        while (j <= 3) {
            System.out.println(\"计数: \" + j);
            j++;
        }
        
        // do-while 循环
        System.out.println(\"\
do-while 循环:\");
        int k = 1;
        do {
            System.out.println(\"值: \" + k);
            k++;
        } while (k <= 3);
        
        // 增强 for 循环
        System.out.println(\"\
增强 for 循环:\");
        int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
        for (int num : numbers) {
            System.out.println(\"数组元素: \" + num);
        }
    }
}

第五部分：数组

5.1 数组的基本操作

java 复制代码

public class ArraysDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 数组声明和初始化
        int[] numbers = new int[5];           // 长度为5的数组
        int[] scores = {90, 85, 78, 92, 88}; // 直接初始化
        
        // 访问和修改数组元素
        numbers[0] = 10;
        numbers[1] = 20;
        
        System.out.println(\"第一个分数: \" + scores[0]);
        System.out.println(\"数组长度: \" + scores.length);
        
        // 遍历数组
        System.out.println(\"所有分数:\");
        for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
            System.out.println(\"分数 \" + i + \": \" + scores[i]);
        }
        
        // 使用增强 for 循环
        System.out.println(\"使用增强 for 循环:\");
        for (int score : scores) {
            System.out.println(score);
        }
    }
}

5.2 多维数组

java 复制代码

public class MultiDimArray {
    public static void main(String[] args) {
        // 二维数组
        int[][] matrix = {
            {1, 2, 3},
            {4, 5, 6},
            {7, 8, 9}
        };
        
        // 遍历二维数组
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
                System.out.print(matrix[i][j] + \" \");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

第六部分：方法（函数）

6.1 方法的定义和使用

java 复制代码

public class Methods {
    
    // 无返回值的方法
    public static void greet(String name) {
        System.out.println(\"你好, \" + name + \"!\");
    }
    
    // 有返回值的方法
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    
    // 方法重载
    public static double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 调用方法
        greet(\"世界\");
        
        int sum1 = add(5, 3);
        double sum2 = add(2.5, 3.7);
        
        System.out.println(\"整数和: \" + sum1);
        System.out.println(\"浮点数和: \" + sum2);
        
        // 递归方法示例
        int factorial = factorial(5);
        System.out.println(\"5的阶乘: \" + factorial);
    }
    
    // 递归方法
    public static int factorial(int n) {
        if (n == 0 || n == 1) {
            return 1;
        }
        return n * factorial(n - 1);
    }
}

第七部分：面向对象编程

7.1 类和对象

java 复制代码

// 定义类
class Student {
    // 属性（字段）
    String name;
    int age;
    String studentId;
    
    // 构造方法
    public Student(String name, int age, String studentId) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.studentId = studentId;
    }
    
    // 方法
    public void study() {
        System.out.println(name + \"正在学习...\");
    }
    
    public void displayInfo() {
        System.out.println(\"学生信息:\");
        System.out.println(\"姓名: \" + name);
        System.out.println(\"年龄: \" + age);
        System.out.println(\"学号: \" + studentId);
    }
}

public class OOPDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        Student student1 = new Student(\"张三\", 20, \"2023001\");
        Student student2 = new Student(\"李四\", 19, \"2023002\");
        
        // 使用对象
        student1.displayInfo();
        student1.study();
        
        student2.displayInfo();
        student2.study();
    }
}

7.2 封装

java 复制代码

class BankAccount {
    // 私有字段（封装）
    private String accountNumber;
    private double balance;
    private String owner;
    
    // 构造方法
    public BankAccount(String accountNumber, String owner, double initialBalance) {
        this.accountNumber = accountNumber;
        this.owner = owner;
        this.balance = initialBalance;
    }
    
    // Getter 方法
    public String getAccountNumber() {
        return accountNumber;
    }
    
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
    
    public String getOwner() {
        return owner;
    }
    
    // 存款方法
    public void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
            System.out.println(\"存款成功! 当前余额: \" + balance);
        } else {
            System.out.println(\"存款金额必须大于0\");
        }
    }
    
    // 取款方法
    public void withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && amount <= balance) {
            balance -= amount;
            System.out.println(\"取款成功! 当前余额: \" + balance);
        } else {
            System.out.println(\"取款失败: 余额不足或金额无效\");
        }
    }
}

public class EncapsulationDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount account = new BankAccount(\"123456\", \"张三\", 1000);
        
        account.deposit(500);
        account.withdraw(200);
        account.withdraw(2000); // 应该失败
        
        System.out.println(\"最终余额: \" + account.getBalance());
    }
}

7.3 继承

java 复制代码

// 父类
class Animal {
    String name;
    int age;
    
    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public void eat() {
        System.out.println(name + \"正在吃东西\");
    }
    
    public void sleep() {
        System.out.println(name + \"正在睡觉\");
    }
}

// 子类
class Dog extends Animal {
    String breed;
    
    public Dog(String name, int age, String breed) {
        super(name, age); // 调用父类构造方法
        this.breed = breed;
    }
    
    // 方法重写
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name + \"正在吃狗粮\");
    }
    
    // 子类特有方法
    public void bark() {
        System.out.println(name + \"在汪汪叫\");
    }
}

public class InheritanceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog(\"旺财\", 3, \"金毛\");
        dog.eat();      // 调用重写的方法
        dog.sleep();    // 调用继承的方法
        dog.bark();     // 调用子类特有方法
    }
}

7.4 多态

java 复制代码

class Shape {
    public void draw() {
        System.out.println(\"绘制形状\");
    }
    
    public double calculateArea() {
        return 0;
    }
}

class Circle extends Shape {
    double radius;
    
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println(\"绘制圆形，半径: \" + radius);
    }
    
    @Override
    public double calculateArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    double width, height;
    
    public Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
    
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println(\"绘制矩形，宽: \" + width + \", 高: \" + height);
    }
    
    @Override
    public double calculateArea() {
        return width * height;
    }
}

public class PolymorphismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 多态示例
        Shape[] shapes = new Shape[2];
        shapes[0] = new Circle(5);
        shapes[1] = new Rectangle(4, 6);
        
        for (Shape shape : shapes) {
            shape.draw();
            System.out.println(\"面积: \" + shape.calculateArea());
            System.out.println(\"---------\");
        }
    }
}

第八部分：Java 21 新特性

8.1 记录类 (Records)

java 复制代码

// 传统方式
class Person {
    private final String name;
    private final int age;
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public String name() { return name; }
    public int age() { return age; }
    
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        // 复杂的equals实现...
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        // 复杂的hashCode实现...
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        // toString实现...
    }
}

// Java 16+ 记录类 (简化版)
record PersonRecord(String name, int age) {
    // 自动生成构造方法、getter、equals、hashCode、toString
}

public class RecordsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        PersonRecord person = new PersonRecord(\"张三\", 25);
        System.out.println(person.name());    // 自动生成的getter
        System.out.println(person.age());     // 自动生成的getter
        System.out.println(person);           // 自动生成的toString
    }
}

8.2 文本块 (Text Blocks)

java 复制代码

public class TextBlocks {
    public static void main(String[] args) {
        // 传统字符串
        String oldStyle = \"{\
\" +
                         \"  \\"name\\": \\"张三\\",\
\" +
                         \"  \\"age\\": 25\
\" +
                         \"}\";
        
        // Java 15+ 文本块
        String json = \"\"\"
                      {
                        \"name\": \"张三\",
                        \"age\": 25
                      }
                      \"\"\";
        
        String html = \"\"\"
                      <html>
                          <body>
                              <h1>欢迎</h1>
                          </body>
                      </html>
                      \"\"\";
        
        System.out.println(json);
        System.out.println(html);
    }
}

8.3 模式匹配

java 复制代码

public class PatternMatching {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = \"Hello, Java 21!\";
        
        // 传统的 instanceof
        if (obj instanceof String) {
            String str = (String) obj;
            System.out.println(str.toUpperCase());
        }
        
        // Java 16+ 模式匹配 instanceof
        if (obj instanceof String str) {
            System.out.println(str.toUpperCase());
        }
        
        // switch 表达式 + 模式匹配
        Object value = 42;
        String result = switch (value) {
            case Integer i -> \"整数: \" + i;
            case String s -> \"字符串: \" + s;
            case Double d -> \"浮点数: \" + d;
            default -> \"未知类型\";
        };
        System.out.println(result);
    }
}

第九部分：异常处理

java 复制代码

public class ExceptionHandling {
    
    public static int divide(int a, int b) {
        return a / b;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 基本的异常处理
        try {
            int result = divide(10, 0);
            System.out.println(\"结果: \" + result);
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println(\"发生算术异常: \" + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println(\"这是finally块，总是会执行\");
        }
        
        // 多个catch块
        try {
            int[] numbers = {1, 2, 3};
            System.out.println(numbers[5]); // 数组越界
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println(\"数组索引越界: \" + e.getMessage());
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(\"发生其他异常: \" + e.getMessage());
        }
        
        // 抛出异常
        try {
            checkAge(15);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            System.out.println(\"捕获异常: \" + e.getMessage());
        }
    }
    
    public static void checkAge(int age) {
        if (age < 18) {
            throw new IllegalArgumentException(\"年龄必须大于等于18岁\");
        }
        System.out.println(\"年龄验证通过\");
    }
}

第十部分：集合框架

java 复制代码

import java.util.*;

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // List - 有序集合
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add(\"苹果\");
        list.add(\"香蕉\");
        list.add(\"橙子\");
        System.out.println(\"List: \" + list);
        
        // Set - 无序不重复集合
        Set<Integer> set = new HashSet<>();
        set.add(1);
        set.add(2);
        set.add(1); // 重复元素，不会被添加
        System.out.println(\"Set: \" + set);
        
        // Map - 键值对
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put(\"张三\", 25);
        map.put(\"李四\", 30);
        map.put(\"王五\", 28);
        System.out.println(\"Map: \" + map);
        System.out.println(\"张三的年龄: \" + map.get(\"张三\"));
        
        // 遍历集合
        System.out.println(\"\
遍历List:\");
        for (String fruit : list) {
            System.out.println(fruit);
        }
        
        System.out.println(\"\
遍历Map:\");
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + \": \" + entry.getValue());
        }
        
        // 使用 Stream API (Java 8+)
        System.out.println(\"\
使用Stream:\");
        list.stream()
            .filter(fruit -> fruit.length() > 2)
            .forEach(System.out::println);
    }
}

学习建议

多动手实践：每个示例代码都要亲自编写和运行
理解概念：不要死记硬背，要理解面向对象的思想
阅读文档：学会查看 Java 官方文档
做项目：尝试编写小项目来巩固知识
参与社区：加入编程社区，向他人学习和提问

下一步学习方向

Java 高级特性（泛型、反射、注解）
Java 网络编程
数据库连接（JDBC）
多线程编程
Spring 框架
微服务开发

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这个教程涵盖了 Java 21 的基础知识，适合零基础学习者。建议按照顺序学习每个部分，并完成相应的练习。祝你学习顺利！

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目录

Java 21 零基础入门教程

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目录

第一部分：Java 简介与环境搭建

1.1 什么是 Java？

1.2 安装 Java 开发环境

下载 JDK 21

配置环境变量

验证安装

第二部分：第一个 Java 程序

2.1 Hello World 程序

2.2 程序结构解析

第三部分：Java 基础语法

3.1 变量和数据类型

3.2 数据类型详解

3.3 运算符

第四部分：流程控制

4.1 条件语句

4.2 循环语句

第五部分：数组

5.1 数组的基本操作

5.2 多维数组

第六部分：方法（函数）

6.1 方法的定义和使用

第七部分：面向对象编程

7.1 类和对象

7.2 封装

7.3 继承

7.4 多态

第八部分：Java 21 新特性

8.1 记录类 (Records)

8.2 文本块 (Text Blocks)

8.3 模式匹配

第九部分：异常处理

第十部分：集合框架

学习建议

下一步学习方向

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