【Java编程动手学】Java常用工具类

JosieBook2025-07-08 8:35

文章目录

Java常用工具类

引言

在Java编程中，工具类是提高开发效率、简化代码的重要手段。Java标准库中提供了大量的工具类，涵盖了字符串处理、系统操作、数学计算、随机数生成、日期时间处理、正则表达式等多个方面。本文将详细介绍Java常用工具类的使用方法和示例代码，帮助读者更好地掌握这些工具类，提升编程技能。

一、字符串类（String）

字符串是编程中最基本的数据类型之一，Java中的String类提供了大量的方法来处理字符串。

1、常用方法

方法名 描述
charAt() 返回指定索引处的字符
length() 返回字符串的长度
equals() 比较两个字符串是否相等
startsWith() 检查字符串是否以指定的前缀开始
endsWith() 检查字符串是否以指定的后缀结束
indexOf() 返回指定字符或子字符串的索引
substring() 截取字符串的一部分
replace() 替换字符串中的字符或子字符串
split() 根据指定的分隔符分割字符串
toLowerCase() 将字符串转换为小写
toUpperCase() 将字符串转换为大写
concat() 连接两个字符串
trim() 去除字符串两端的空白字符

示例代码

java 复制代码 
public class StringExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "Hello, World!";
        System.out.println("charAt(7): " + str.charAt(7)); // 输出 'W'
        System.out.println("length: " + str.length()); // 输出 13
        System.out.println("equals: " + str.equals("hello, world!")); // 输出 false
        System.out.println("startsWith Hello: " + str.startsWith("Hello")); // 输出 true
        System.out.println("endsWith World!: " + str.endsWith("World!")); // 输出 true
        System.out.println("indexOf 'o': " + str.indexOf('o')); // 输出 4
        System.out.println("substring(7,12): " + str.substring(7,12)); // 输出 "World"
        System.out.println("replace 'l' with 'L': " + str.replace('l', 'L')); // 输出 "HeLLo, WorLd!"
        System.out.println("split ', ': " + java.util.Arrays.toString(str.split(", "))); // 输出 ["Hello", "World!"]
        System.out.println("toLowerCase: " + str.toLowerCase()); // 输出 "hello, world!"
        System.out.println("toUpperCase: " + str.toUpperCase()); // 输出 "HELLO, WORLD!"
        System.out.println("concat '!!!': " + str.concat("!!!")); // 输出 "Hello, World!!!!"
        System.out.println("trim: " + "  Hello, World!  ".trim()); // 输出 "Hello, World!"
    }
}

二、运行环境类（Runtime）

Runtime类提供了与Java运行时环境交互的方法，允许程序获取系统信息、执行外部命令等。

常用方法

方法名 描述
getRuntime() 返回当前运行时环境
availableProcessors() 返回可用处理器的数量
freeMemory() 返回JVM可用的内存量
totalMemory() 返回JVM占用的内存总量
maxMemory() 返回JVM可以使用的最大内存量
gc() 运行垃圾回收器
exec(String command) 执行指定的外部命令

示例代码

java 复制代码 
public class RuntimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        System.out.println("Available processors: " + runtime.availableProcessors());
        System.out.println("Free memory: " + runtime.freeMemory() + " bytes");
        System.out.println("Total memory: " + runtime.totalMemory() + " bytes");
        System.out.println("Max memory: " + runtime.maxMemory() + " bytes");

        // 执行外部命令（例如，在Windows上执行"dir"命令，在Linux或Mac上执行"ls"命令）
        try {
            Process process = runtime.exec("dir"); // Windows
            // Process process = runtime.exec("ls"); // Linux/Mac
            java.io.BufferedReader reader = new java.io.BufferedReader(new java.io.InputStreamReader(process.getInputStream()));
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、系统类（System）

System类提供了与系统相关的功能，如获取系统属性、环境变量、标准输入输出等。

常用方法

方法名 描述
currentTimeMillis() 返回当前时间（毫秒）
getProperty(String key) 获取系统属性
getenv(String name) 获取环境变量
exit(int status) 退出Java虚拟机
arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length) 复制数组
gc() 运行垃圾回收器（与Runtime的gc()方法类似）

示例代码

java 复制代码 
public class SystemExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Current time in milliseconds: " + System.currentTimeMillis());
        System.out.println("Java version: " + System.getProperty("java.version"));
        System.out.println("OS name: " + System.getProperty("os.name"));
        System.out.println("PATH environment variable: " + System.getenv("PATH"));

        // 数组复制示例
        int[] srcArray = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] destArray = new int[5];
        System.arraycopy(srcArray, 0, destArray, 0, 5);
        System.out.print("Copied array: ");
        for (int i : destArray) {
            System.out.print(i + " ");
        }
        System.out.println();

        // 退出程序（状态码为0表示正常退出）
        // System.exit(0);
    }
}

四、数学类（Math）

Math类提供了基本的数学运算和常数，如三角函数、对数、指数、平方根等。

常用方法

方法名 描述
abs() 返回绝对值
sqrt() 返回平方根
pow() 返回幂值
sin()、cos()、tan() 三角函数
log() 自然对数
log10() 底数为10的对数
exp() 自然指数
PI 圆周率常数
E 自然常数

示例代码

java 复制代码 
public class MathExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Absolute value of -10: " + Math.abs(-10));
        System.out.println("Square root of 16: " + Math.sqrt(16));
        System.out.println("2 raised to the power of 3: " + Math.pow(2, 3));
        System.out.println("Sine of 0: " + Math.sin(0));
        System.out.println("Cosine of 0: " + Math.cos(0));
        System.out.println("Tangent of 0: " + Math.tan(0));
        System.out.println("Natural logarithm of E: " + Math.log(Math.E));
        System.out.println("Logarithm base 10 of 100: " + Math.log10(100));
        System.out.println("Exponential of 1: " + Math.exp(1));
        System.out.println("PI: " + Math.PI);
        System.out.println("E: " + Math.E);
    }
}

五、随机数类（Random）

Random类用于生成伪随机数，可以生成整数、浮点数、布尔值等类型的随机数。

常用方法

方法名 描述
nextInt() 返回随机整数
nextDouble() 返回随机双精度浮点数
nextBoolean() 返回随机布尔值
nextFloat() 返回随机单精度浮点数
nextLong() 返回随机长整数
nextBytes(byte[] bytes) 生成随机字节并存储到指定的数组中

示例代码

java 复制代码 
import java.util.Random;

public class RandomExample {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        System.out.println("Random integer: " + random.nextInt());
        System.out.println("Random double: " + random.nextDouble());
        System.out.println("Random boolean: " + random.nextBoolean());
        System.out.println("Random float: " + random.nextFloat());
        System.out.println("Random long: " + random.nextLong());

        // 生成随机字节数组
        byte[] bytes = new byte[5];
        random.nextBytes(bytes);
        System.out.print("Random bytes: ");
        for (byte b : bytes) {
            System.out.print(b + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

六、扫描类（Scanner）

Scanner类用于解析基本类型和字符串的简单文本扫描器，可以从输入流（如System.in）中读取数据。

常用方法

方法名 描述
nextInt() 扫描下一个整数标记
nextDouble() 扫描下一个双精度浮点数标记
nextLine() 扫描下一行文本
next() 扫描下一个标记（默认以空白字符为分隔符）
hasNext() 检查输入中是否还有其他标记
close() 关闭扫描器

示例代码

java 复制代码 
import java.util.Scanner;

public class ScannerExample {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("Enter an integer: ");
        int num = scanner.nextInt();
        System.out.println("You entered: " + num);

        System.out.println("Enter a double: ");
        double d = scanner.nextDouble();
        System.out.println("You entered: " + d);

        System.out.println("Enter a line of text: ");
        String line = scanner.nextLine(); // 注意，这里可能需要处理换行符的问题
        // 更安全的做法是，在读取完数字后，先调用一次nextLine()来消耗掉换行符
        // 但为了示例简单，这里直接再次调用nextLine()，可能需要用户输入两次
        // 更好的方式是在读取数字后，立即调用一个额外的nextLine()来消耗换行符
        // 下面是一种修正方式：
        // ...
        // 修正后的代码示例（放在上面代码之前读取line的情况，这里仅作说明，实际应调整顺序）
        // 由于已经读取了数字，换行符还在输入流中，所以直接读取line会得到空字符串
        // 因此，我们需要先消耗掉换行符
        scanner.nextLine(); // 消耗掉换行符
        System.out.println("Enter a line of text (corrected): ");
        line = scanner.nextLine();
        System.out.println("You entered: " + line);

        scanner.close();
    }
}
// 更合理的代码结构示例（避免换行符问题）：
/*
import java.util.Scanner;

public class ScannerExample {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("Enter an integer: ");
        int num = scanner.nextInt();
        scanner.nextLine(); // 消耗掉换行符
        System.out.println("You entered: " + num);

        System.out.println("Enter a line of text: ");
        String line = scanner.nextLine();
        System.out.println("You entered: " + line);

        scanner.close();
    }
}
*/

七、日期类（Date）

Date类用于表示特定的瞬间，精确到毫秒。虽然Date类现在被推荐使用更现代的日期时间API（如java.time包中的类）替代，但在一些旧代码中仍然可以看到它的使用。

常用方法

方法名 描述
getTime() 返回自1970年1月1日 00:00:00 GMT以来的毫秒数
toString() 将日期转换为字符串
after(Date when) 判断当前日期是否在指定日期之后
before(Date when) 判断当前日期是否在指定日期之前

示例代码

java 复制代码 
import java.util.Date;

public class DateExample {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        System.out.println("Current date and time: " + date.toString());
        System.out.println("Time in milliseconds: " + date.getTime());

        Date pastDate = new Date(0); // 1970年1月1日 00:00:00 GMT
        System.out.println("Past date: " + pastDate.toString());
        System.out.println("Current date is after past date: " + date.after(pastDate));
        System.out.println("Current date is before past date: " + date.before(pastDate)); // 输出 false
    }
}

八、正则表达式

Java中的正则表达式主要通过Pattern和Matcher类来实现，用于字符串的匹配、查找、替换等操作。

常用类和方法

类名/方法名 描述
Pattern.compile(String regex) 编译正则表达式
Matcher.matches() 尝试将整个区域与模式匹配
Matcher.find() 扫描输入序列以查找与该模式匹配的下一个子序列
Matcher.group() 返回由以前匹配操作所匹配的输入子序列
Matcher.start() 返回以前匹配的初始索引
Matcher.end() 返回最后匹配字符之后的偏移量

示例代码

java 复制代码 
import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class RegexExample {
    public static void main(String[] args) {
        String text = "This is a sample text with 12345 and 67890";
        String regex = "\\d+"; // 匹配一个或多个数字
        Pattern pattern = Pattern.compile(regex);
        Matcher matcher = pattern.matcher(text);

        while (matcher.find()) {
            System.out.println("Found: " + matcher.group() + " at index " + matcher.start() + " to " + matcher.end());
        }

        // 替换示例
        String replacedText = text.replaceAll("\\d+", "NUMBER");
        System.out.println("Replaced text: " + replacedText);
    }
}

九、其他工具类

除了上述工具类外，Java标准库中还有许多其他有用的工具类，如：

  • Arrays：用于操作数组的工具类，提供排序、查找、填充等功能。
  • Collections：用于操作集合的工具类，提供排序、查找、同步包装等功能。
  • Objects：提供用于操作对象的实用方法，如比较、哈希码生成等。

示例代码（Arrays和Collections）

java 复制代码 
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class OtherToolsExample {
    public static void main(String[] args) {
        // Arrays示例
        int[] intArray = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
        Arrays.sort(intArray);
        System.out.println("Sorted int array: " + Arrays.toString(intArray));

        // Collections示例
        List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry", "date");
        Collections.sort(list);
        System.out.println("Sorted list: " + list);
        Collections.reverse(list);
        System.out.println("Reversed list: " + list);
    }
}

总结

Java常用工具类为开发者提供了强大的功能，使得处理字符串、数学运算、随机数生成、日期处理、正则表达式等任务变得更加简单和高效。通过掌握这些工具类，开发者可以更加专注于业务逻辑的实现，提高开发效率。本文详细介绍了Java中的一些常用工具类，并提供了相应的代码示例，希望对读者有所帮助。在实际开发中，建议根据具体需求选择合适的工具类，并参考Java官方文档以获取更详细的信息。

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