零基础学Java——第十一章：实战项目 - 控制台应用开发

第十一章：实战项目 - 控制台应用开发

在前面的章节中，我们已经学习了Java的基础知识、面向对象编程、高级特性、文件IO、多线程、网络编程和数据库操作等内容。现在，是时候将这些知识应用到实际项目中了。本章我们将从最基础的控制台应用开始，学习如何开发一个完整的Java项目。

1. 控制台应用概述

控制台应用是最基础的应用类型，它通过命令行界面与用户交互，不需要图形界面。虽然看起来简单，但控制台应用可以实现复杂的功能，而且是学习编程的理想起点。

1.1 控制台应用的特点

• 简单直接：无需复杂的UI设计，专注于核心功能实现
• 开发效率高：开发周期短，适合快速验证想法
• 资源消耗低：运行时占用系统资源少
• 适合后台服务：很多服务器端程序都是以控制台形式运行的
• 调试方便：输出结果直观，便于调试

1.2 常见的控制台应用类型

• 文本处理工具
• 数据分析程序
• 简单游戏（如猜数字、文字冒险等）
• 系统工具（如文件管理器、备份工具等）
• 数据库管理工具

2. 项目实战：学生信息管理系统

接下来，我们将开发一个学生信息管理系统，这是一个典型的控制台应用，它能够帮助我们巩固之前学习的知识。

2.1 需求分析

我们的学生信息管理系统需要实现以下功能：

1. 添加学生信息（学号、姓名、年龄、成绩等）
2. 删除学生信息
3. 修改学生信息
4. 查询学生信息（按学号、姓名等条件查询）
5. 显示所有学生信息
6. 数据持久化（保存到文件）
7. 数据加载（从文件读取）

2.2 系统设计

根据需求，我们可以设计以下几个类：

1. Student：学生类，包含学生的基本信息
2. StudentManager：学生管理类，负责学生信息的增删改查
3. FileHandler：文件处理类，负责数据的读写
4. Main：主类，包含主菜单和程序入口

2.3 代码实现

2.3.1 Student类

package studentmanager;import java.io.Serializable;public class Student implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private String id;          // 学号private String name;        // 姓名private int age;            // 年龄private double score;       // 成绩// 构造方法public Student(String id, String name, int age, double score) {this.id = id;this.name = name;this.age = age;this.score = score;}// getter和setter方法public String getId() {return id;}public void setId(String id) {this.id = id;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public double getScore() {return score;}public void setScore(double score) {this.score = score;}@Overridepublic String toString() {return "学号: " + id + ", 姓名: " + name + ", 年龄: " + age + ", 成绩: " + score;}
}

2.3.2 StudentManager类

package studentmanager;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class StudentManager {private List<Student> students;private FileHandler fileHandler;public StudentManager() {students = new ArrayList<>();fileHandler = new FileHandler();// 尝试从文件加载数据loadData();}// 添加学生public boolean addStudent(Student student) {// 检查学号是否已存在for (Student s : students) {if (s.getId().equals(student.getId())) {return false; // 学号已存在，添加失败}}students.add(student);saveData(); // 保存数据return true;}// 删除学生public boolean deleteStudent(String id) {for (int i = 0; i < students.size(); i++) {if (students.get(i).getId().equals(id)) {students.remove(i);saveData(); // 保存数据return true;}}return false; // 未找到该学生}// 修改学生信息public boolean updateStudent(String id, String name, int age, double score) {for (Student student : students) {if (student.getId().equals(id)) {student.setName(name);student.setAge(age);student.setScore(score);saveData(); // 保存数据return true;}}return false; // 未找到该学生}// 按学号查询学生public Student findStudentById(String id) {for (Student student : students) {if (student.getId().equals(id)) {return student;}}return null; // 未找到该学生}// 按姓名查询学生public List<Student> findStudentsByName(String name) {List<Student> result = new ArrayList<>();for (Student student : students) {if (student.getName().contains(name)) {result.add(student);}}return result;}// 获取所有学生public List<Student> getAllStudents() {return new ArrayList<>(students); // 返回副本，避免外部修改}// 保存数据到文件private void saveData() {fileHandler.saveStudents(students);}// 从文件加载数据private void loadData() {List<Student> loadedStudents = fileHandler.loadStudents();if (loadedStudents != null) {students = loadedStudents;}}
}

2.3.3 FileHandler类

package studentmanager;import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class FileHandler {private static final String FILE_NAME = "students.dat";// 保存学生数据到文件public void saveStudents(List<Student> students) {try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(FILE_NAME))) {oos.writeObject(students);System.out.println("数据已成功保存到文件");} catch (IOException e) {System.out.println("保存数据时出错: " + e.getMessage());}}// 从文件加载学生数据@SuppressWarnings("unchecked")public List<Student> loadStudents() {File file = new File(FILE_NAME);if (!file.exists()) {return new ArrayList<>(); // 文件不存在，返回空列表}try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(FILE_NAME))) {List<Student> students = (List<Student>) ois.readObject();System.out.println("数据已成功从文件加载");return students;} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {System.out.println("加载数据时出错: " + e.getMessage());return new ArrayList<>(); // 出错时返回空列表}}
}

2.3.4 Main类

package studentmanager;import java.util.List;
import java.util.Scanner;public class Main {private static StudentManager manager = new StudentManager();private static Scanner scanner = new Scanner(System.in);public static void main(String[] args) {boolean running = true;System.out.println("欢迎使用学生信息管理系统");while (running) {showMenu();int choice = getChoice();switch (choice) {case 1:addStudent();break;case 2:deleteStudent();break;case 3:updateStudent();break;case 4:findStudent();break;case 5:showAllStudents();break;case 0:running = false;System.out.println("感谢使用学生信息管理系统，再见！");break;default:System.out.println("无效的选择，请重新输入");}}scanner.close();}// 显示主菜单private static void showMenu() {System.out.println("\n========== 学生信息管理系统 ==========");System.out.println("1. 添加学生");System.out.println("2. 删除学生");System.out.println("3. 修改学生信息");System.out.println("4. 查询学生信息");System.out.println("5. 显示所有学生");System.out.println("0. 退出系统");System.out.print("请输入您的选择: ");}// 获取用户输入的选择private static int getChoice() {try {return Integer.parseInt(scanner.nextLine());} catch (NumberFormatException e) {return -1; // 输入无效}}// 添加学生private static void addStudent() {System.out.println("\n----- 添加学生 -----");System.out.print("请输入学号: ");String id = scanner.nextLine();System.out.print("请输入姓名: ");String name = scanner.nextLine();int age = 0;boolean validAge = false;while (!validAge) {System.out.print("请输入年龄: ");try {age = Integer.parseInt(scanner.nextLine());validAge = true;} catch (NumberFormatException e) {System.out.println("年龄必须是整数，请重新输入");}}double score = 0.0;boolean validScore = false;while (!validScore) {System.out.print("请输入成绩: ");try {score = Double.parseDouble(scanner.nextLine());validScore = true;} catch (NumberFormatException e) {System.out.println("成绩必须是数字，请重新输入");}}Student student = new Student(id, name, age, score);boolean success = manager.addStudent(student);if (success) {System.out.println("学生添加成功！");} else {System.out.println("添加失败，该学号已存在");}}// 删除学生private static void deleteStudent() {System.out.println("\n----- 删除学生 -----");System.out.print("请输入要删除的学生学号: ");String id = scanner.nextLine();boolean success = manager.deleteStudent(id);if (success) {System.out.println("学生删除成功！");} else {System.out.println("删除失败，未找到该学号的学生");}}// 修改学生信息private static void updateStudent() {System.out.println("\n----- 修改学生信息 -----");System.out.print("请输入要修改的学生学号: ");String id = scanner.nextLine();// 先查询该学生是否存在Student student = manager.findStudentById(id);if (student == null) {System.out.println("未找到该学号的学生");return;}System.out.println("当前学生信息: " + student);System.out.print("请输入新的姓名(直接回车保持不变): ");String name = scanner.nextLine();if (name.isEmpty()) {name = student.getName();}int age = student.getAge();System.out.print("请输入新的年龄(直接回车保持不变): ");String ageStr = scanner.nextLine();if (!ageStr.isEmpty()) {try {age = Integer.parseInt(ageStr);} catch (NumberFormatException e) {System.out.println("年龄格式无效，保持原值");}}double score = student.getScore();System.out.print("请输入新的成绩(直接回车保持不变): ");String scoreStr = scanner.nextLine();if (!scoreStr.isEmpty()) {try {score = Double.parseDouble(scoreStr);} catch (NumberFormatException e) {System.out.println("成绩格式无效，保持原值");}}boolean success = manager.updateStudent(id, name, age, score);if (success) {System.out.println("学生信息修改成功！");} else {System.out.println("修改失败");}}// 查询学生信息private static void findStudent() {System.out.println("\n----- 查询学生信息 -----");System.out.println("1. 按学号查询");System.out.println("2. 按姓名查询");System.out.print("请选择查询方式: ");int choice = getChoice();switch (choice) {case 1:findStudentById();break;case 2:findStudentsByName();break;default:System.out.println("无效的选择");}}// 按学号查询学生private static void findStudentById() {System.out.print("请输入学号: ");String id = scanner.nextLine();Student student = manager.findStudentById(id);if (student != null) {System.out.println("查询结果: " + student);} else {System.out.println("未找到该学号的学生");}}// 按姓名查询学生private static void findStudentsByName() {System.out.print("请输入姓名(支持模糊查询): ");String name = scanner.nextLine();List<Student> students = manager.findStudentsByName(name);if (students.isEmpty()) {System.out.println("未找到匹配的学生");} else {System.out.println("查询结果:");for (Student student : students) {System.out.println(student);}System.out.println("共找到 " + students.size() + " 名学生");}}// 显示所有学生private static void showAllStudents() {System.out.println("\n----- 所有学生信息 -----");List<Student> students = manager.getAllStudents();if (students.isEmpty()) {System.out.println("暂无学生信息");} else {for (Student student : students) {System.out.println(student);}System.out.println("共有 " + students.size() + " 名学生");}}
}

2.4 运行与测试

编译并运行上述代码，你将得到一个功能完整的学生信息管理系统。系统启动后，会显示主菜单，你可以通过输入相应的数字来执行不同的操作。

系统会将学生数据保存到当前目录下的students.dat文件中，下次启动时会自动加载这些数据。

2.5 项目扩展思路

1. 添加更多学生属性：如性别、班级、联系方式等
2. 实现成绩管理：添加多门课程的成绩记录和统计功能
3. 添加用户认证：实现登录功能，区分管理员和普通用户权限
4. 优化数据存储：使用数据库替代文件存储，提高数据管理能力
5. 添加数据导出功能：支持将数据导出为CSV或Excel格式
6. 添加数据统计分析：如成绩分布、平均分计算等

3. 控制台应用开发的最佳实践

3.1 用户界面设计

虽然是控制台应用，但良好的用户界面设计仍然很重要：

• 清晰的菜单结构：主菜单和子菜单层次分明
• 友好的提示信息：每一步操作都有明确的提示
• 错误处理：对用户输入进行验证，给出友好的错误提示
• 操作确认：对重要操作（如删除）进行确认
• 分页显示：数据量大时分页显示，避免信息过多

3.2 代码组织

• 模块化设计：将不同功能划分为不同的类和方法
• 单一职责原则：每个类只负责一项功能
• 封装实现细节：隐藏内部实现，只暴露必要的接口
• 注释完善：关键代码添加注释，提高可读性
• 异常处理：合理处理可能出现的异常情况

3.3 性能优化

• 减少IO操作：频繁的文件读写会影响性能
• 使用合适的数据结构：根据需求选择合适的集合类
• 避免不必要的对象创建：重用对象，减少垃圾回收压力
• 延迟加载：只在需要时才加载数据
• 批量处理：将多个操作合并处理，减少交互次数

4. 从控制台应用到其他类型应用的过渡

控制台应用是学习Java编程的起点，掌握了控制台应用开发后，你可以逐步过渡到其他类型的应用：

1. 桌面应用：使用Swing或JavaFX开发图形界面应用
2. Web应用：使用Servlet、JSP或Spring框架开发Web应用
3. 移动应用：使用Android开发移动应用
4. 微服务：使用Spring Boot、Spring Cloud开发微服务应用

无论开发哪种类型的应用，核心业务逻辑的设计思想是相通的，控制台应用中学到的模块化设计、数据处理、异常处理等知识都可以应用到其他类型的应用开发中。

5. 总结

本章我们通过开发一个学生信息管理系统，学习了控制台应用的开发流程和技巧。这个项目综合运用了前面章节学习的Java基础知识、面向对象编程、文件IO等内容，是一个很好的实践项目。

控制台应用虽然简单，但它是学习编程的重要基础，掌握了控制台应用开发，你就具备了开发其他类型应用的基础能力。在接下来的章节中，我们将学习如何开发桌面应用、Web应用等更复杂的应用类型。

6. 练习题

1. 在学生信息管理系统的基础上，添加学生成绩排序功能（按成绩从高到低排序）。
2. 扩展系统，添加班级管理功能，每个学生属于一个班级，可以按班级查询学生。
3. 实现一个简单的文本编辑器，支持创建、打开、编辑和保存文本文件。
4. 开发一个简单的通讯录程序，支持联系人的增删改查和数据持久化。
5. 设计一个简单的银行账户管理系统，支持开户、存款、取款、转账和查询余额等功能。

7. 参考资源

• 《Java核心技术卷I》第11章：用户界面编程
• 《Effective Java》第3版：第8条：避免使用终结方法和清除方法
• Oracle Java Tutorials: Console I/O
• GitHub: Java Console Applications Examples
• Stack Overflow: Java Console Application Best Practices