Java 常用类库详解：从基础到实战
目录
字符串处理：String、StringBuilder 与 StringJoiner
1. String 类
2. StringBuilder 类
3. StringJoiner 类（Java 8+）
集合框架：List、Set、Map 与 Stream API
1. List 接口（有序、可重复）
2. Set 接口（无序、不可重复）
3. Map 接口（键值对）
4. Stream API（Java 8+）
输入输出（IO/NIO）
1. 传统 IO（字节流与字符流）
2. NIO（New IO，Java 7+）
多线程与并发：Thread、ExecutorService 与 CompletableFuture
1. Thread 与 Runnable
2. 线程池（ExecutorService）
3. CompletableFuture（Java 8+）
日期与时间处理：java.util.Date 与 java.time（Java 8+）
1. 传统 Date 类（已过时）
2. Java 8 时间 API（推荐）
数学运算：Math、BigDecimal 与 Random
1. Math 类
2. BigDecimal 类
3. Random 类
工具类：Arrays、Collections 与 Objects
1. Arrays 类
2. Collections 类
3. Objects 类
结语：类库学习的最佳实践
Java 提供了丰富的标准类库（Java Standard Library），覆盖数据处理、网络通信、并发控制、文件操作等核心领域。掌握这些类库是成为高效 Java 开发者的关键。本文将从 字符串操作、集合框架、IO/NIO、多线程、日期时间、数学运算、工具类 等维度，结合代码示例，深入解析 Java 常用类库的使用场景与最佳实践。
字符串处理：String、StringBuilder 与 StringJoiner
1. String 类
-
特点：不可变字符串，频繁拼接时性能较差。
-
常用方法：
-
substring()、indexOf()、replace()、split() -
format()：格式化字符串（类似 C 的printf）
-
示例代码：
String str = "Hello, Java!";
System.out.println(str.substring(0, 5)); // 输出 "Hello"
System.out.println(str.replace("Java", "World")); // 输出 "Hello, World!"
System.out.println(String.format("姓名：%s，年龄：%d", "Alice", 25));
// 输出：姓名：Alice，年龄：252. StringBuilder 类
-
特点：可变字符串，适用于频繁拼接场景（如循环拼接）。
-
常用方法：
-
append()、insert()、delete()、reverse()
-
示例代码：
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
sb.append(i).append(",");
}
System.out.println(sb.deleteCharAt(sb.length() - 1)); // 输出 "1,2,3,4,5"3. StringJoiner 类（Java 8+）
-
特点：简化字符串拼接，支持指定分隔符、前缀和后缀。
示例代码：
StringJoiner sj = new StringJoiner(", ", "[", "]");
sj.add("Apple").add("Banana").add("Orange");
System.out.println(sj); // 输出 "[Apple, Banana, Orange]"集合框架：List、Set、Map 与 Stream API
1. List 接口（有序、可重复）
-
常用实现类：
ArrayList（动态数组）、LinkedList（双向链表）
示例代码：
List list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.set(0, "X"); // 修改索引 0 的元素
System.out.println(list); // 输出 "[X, B]" 2. Set 接口（无序、不可重复）
-
常用实现类：
HashSet（哈希表）、TreeSet（红黑树，有序）
示例代码：
Set 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); // 输出 "[1, 2]" 3. Map 接口（键值对）
-
常用实现类：
HashMap（无序）、TreeMap（按键排序）、LinkedHashMap（插入顺序）
示例代码：
Map map = new HashMap<>();
map.put("Alice", 25);
map.put("Bob", 30);
System.out.println(map.get("Alice")); // 输出 25
map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + ": " + v));
// 输出：
// Alice: 25
// Bob: 30 4. Stream API（Java 8+）
-
特点：函数式操作集合，支持过滤、映射、排序等操作。
示例代码：
List names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie", "David");
List filtered = names.stream()
.filter(name -> name.startsWith("B"))
.map(String::toUpperCase)
.sorted()
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(filtered); // 输出 "[BOB]" 输入输出（IO/NIO）
1. 传统 IO（字节流与字符流）
-
字节流：
InputStream/OutputStream（适合二进制文件）。 -
字符流：
Reader/Writer（适合文本文件）。
示例代码：读取文件内容
try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("data.txt"))) {
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}2. NIO（New IO，Java 7+）
-
核心类：
Files、Paths、BufferedReader（简化文件操作）。 -
优势：支持路径操作、原子性操作、内存映射文件。
示例代码：
Path path = Paths.get("data.txt");
try {
List lines = Files.readAllLines(path);
System.out.println(lines);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} 多线程与并发：Thread、ExecutorService 与 CompletableFuture
1. Thread 与 Runnable
-
创建线程：继承
Thread类或实现Runnable接口。
示例代码：
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("子线程输出：" + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
thread.start();2. 线程池（ExecutorService）
-
优势：复用线程资源，提高并发性能。
示例代码：
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
executor.submit(() -> System.out.println("任务1"));
executor.submit(() -> System.out.println("任务2"));
executor.shutdown();3. CompletableFuture（Java 8+）
-
特点：异步编程，支持链式调用和异常处理。
示例代码：
CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return "Hello";
});
future.thenApply(result -> result + " World")
.thenAccept(System.out::println); // 输出 "Hello World" 日期与时间处理：java.util.Date 与 java.time（Java 8+）
1. 传统 Date 类（已过时）
-
问题：线程不安全、可变状态。
示例代码：
Date date = new Date();
System.out.println(date); // 输出当前时间（格式不友好）2. Java 8 时间 API（推荐）
-
核心类：
LocalDate、LocalTime、LocalDateTime、DateTimeFormatter
示例代码：
LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
System.out.println("当前时间：" + now); // 输出格式：2023-10-01T15:30:45.123
String formatted = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
System.out.println("格式化后：" + formatted); // 输出：2023-10-01 15:30:45数学运算：Math、BigDecimal 与 Random
1. Math 类
-
常用方法：
abs()、round()、ceil()、random()
示例代码：
System.out.println(Math.sqrt(16)); // 输出 4.0
System.out.println(Math.random()); // 输出 [0,1) 之间的随机数2. BigDecimal 类
-
用途：高精度计算（如金融场景）。
示例代码：
BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.2");
System.out.println(a.add(b)); // 输出 0.33. Random 类
-
生成随机数：支持整数、浮点数、布尔值等。
示例代码：
Random random = new Random();
System.out.println(random.nextInt(100)); // 输出 0~99 的随机整数工具类：Arrays、Collections 与 Objects
1. Arrays 类
-
功能：数组排序、搜索、填充。
示例代码：
int[] arr = {3, 1, 4, 1, 5};
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 输出 [1, 1, 3, 4, 5]2. Collections 类
-
功能：集合排序、反转、洗牌。
示例代码：
List list = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5);
Collections.sort(list);
System.out.println(list); // 输出 [1, 1, 3, 4, 5] 3. Objects 类
-
常用方法：
equals()、hashCode()、toString()
示例代码：
String a = null;
String b = "Hello";
System.out.println(Objects.equals(a, b)); // 输出 false
System.out.println(Objects.hash(a, b)); // 输出 -2147483648结语：类库学习的最佳实践
- 优先使用不可变类：如
String、LocalDate，避免线程安全问题。 - 善用 Stream API：简化集合操作，提高代码可读性。
- 避免空指针异常：使用
Objects.requireNonNull()或Optional。 - 掌握 NIO 替代传统 IO：提升文件处理性能。
- 深入学习并发工具：如
CompletableFuture、ForkJoinPool。
下一步建议：
- 学习第三方类库（如 Guava、Apache Commons），扩展功能边界。
- 结合实际项目练习（如开发一个文件管理器、多线程爬虫）。
- 探索 JVM 底层机制（如内存模型、GC），提升性能调优能力。
掌握 Java 常用类库，是构建强大应用程序的第一步。愿你在代码的世界中不断探索，写出优雅、高效的 Java 程序！
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