Java 常用 API 详解：掌握核心类库，提升开发效率

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作为一名 Java 开发工程师，你每天都在与各种 Java 标准库打交道。熟练掌握 Java 中的常用 API 是提高代码质量、提升开发效率的关键技能之一。

本文将带你全面了解 Java 开发中最常用的 API 类和接口，包括：

• java.lang 包中的核心类（如 String, Object, Math, System）
• 集合框架（Collection, List, Set, Map）
• 多线程相关类（Thread, Runnable, ExecutorService）
• IO/NIO 流操作（File, InputStream, BufferedReader, Files）
• 时间日期 API（LocalDate, LocalTime, ZonedDateTime, DateTimeFormatter）
• 异常处理（Exception, try-with-resources）
• 工具类（Arrays, Collections, Objects）

并通过丰富的代码示例和真实业务场景讲解，帮助你写出更健壮、更简洁、更具可维护性的 Java 代码。

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🧱 一、Java 核心包：java.lang

java.lang 是 Java 最基础的包，JVM 启动时自动加载，无需手动导入。

1. Object ------ 所有类的父类

public class Person {
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{}";
    }
}

✅ 所有类默认继承 Object，常用方法：toString()、equals()、hashCode()、getClass()

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2. String ------ 不可变字符串

String s = "Hello";
s += " World"; // 实际创建了一个新对象

✅ 字符串拼接建议使用 StringBuilder 或 String.format

String result = String.format("Name: %s, Age: %d", name, age);

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3. Math ------ 数学运算工具类

int max = Math.max(10, 20);
double sqrt = Math.sqrt(16);
int random = (int) (Math.random() * 100);

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4. System ------ 系统级操作

long startTime = System.currentTimeMillis();
// do something
long duration = System.currentTimeMillis() - startTime;

✅ System.out.println()、System.exit(0)、System.getProperty() 等也非常常用

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📚 二、集合框架：java.util

集合框架是 Java 编程中最常使用的部分之一，主要包括以下几大接口和实现类：

接口	实现类	特点
List	ArrayList, LinkedList	有序、可重复
Set	HashSet, TreeSet	无序、不可重复
Map	HashMap, TreeMap, LinkedHashMap	键值对结构

示例：

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Tom");
names.add("Jerry");

Set<Integer> uniqueNumbers = new HashSet<>();
uniqueNumbers.add(1);
uniqueNumbers.add(2);

Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
scores.put("Tom", 90);
scores.put("Jerry", 85);

Java 8+ 新特性支持：

// 使用 Stream API 进行过滤
List<String> filtered = names.stream()
    .filter(name -> name.startsWith("T"))
    .toList();

// 遍历 Map
scores.forEach((name, score) -> System.out.println(name + ": " + score));

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⏱ 三、时间日期 API：java.time

在 Java 8 之前，我们通常使用 Date 和 SimpleDateFormat，但它们存在线程安全问题。Java 8 引入了全新的 java.time 包，推荐使用。

常用类：

类名	说明
LocalDate	本地日期（年月日）
LocalTime	本地时间（时分秒）
LocalDateTime	本地日期时间
ZonedDateTime	带时区的日期时间
Duration / Period	表示时间间隔
DateTimeFormatter	格式化/解析日期

示例：

LocalDate today = LocalDate.now();
LocalTime now = LocalTime.now();
LocalDateTime current = LocalDateTime.now();

// 格式化
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
String formatted = current.format(formatter);

// 解析
LocalDateTime parsed = LocalDateTime.parse("2025-07-14 14:30:00", formatter);

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📁 四、IO/NIO 操作：java.io 与 java.nio

Java 提供了两种文件读写方式：传统的 java.io 和现代的 java.nio。

1. File 类

File file = new File("data.txt");
if (!file.exists()) {
    file.createNewFile();
}

2. BufferedReader ------ 逐行读取文本文件

try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

3. Files 工具类（NIO）

Path path = Paths.get("data.txt");
List<String> lines = Files.readAllLines(path); // 一次性读取所有行
Files.write(path, "Hello World\n".getBytes(), StandardOpenOption.APPEND);

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🧵 五、多线程编程：java.util.concurrent

Java 支持并发编程，常见类包括：

类名	说明
Thread	线程类
Runnable	可执行任务接口
Callable	有返回值的任务接口
ExecutorService	线程池管理器
Future	异步计算结果
CompletableFuture	异步任务编排（Java 8+）

示例：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

executor.submit(() -> {
    System.out.println("Task executed in thread: " + Thread.currentThread().getName());
});

executor.shutdown(); // 关闭线程池

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🔄 六、异常处理：Throwable 体系

Java 的异常体系分为两大类：

类型	是否必须处理	说明
Error	否	虚拟机错误，如 OutOfMemoryError
Exception	是	可控异常，如 IOException、NullPointerException

try-with-resources（Java 7+）

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt")) {
    int data;
    while ((data = fis.read()) != -1) {
        System.out.print((char) data);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

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🔧 七、实用工具类

1. Arrays ------ 数组操作

int[] arr = {3, 1, 4, 1, 5};
Arrays.sort(arr); // 排序
boolean found = Arrays.binarySearch(arr, 4) >= 0; // 二分查找

2. Collections ------ 集合工具类

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"));
Collections.reverse(list); // 反转
Collections.shuffle(list); // 打乱顺序

3. Objects ------ 对象工具类

String str = null;
System.out.println(Objects.toString(str, "default")); // 输出 default
System.out.println(Objects.equals(null, str)); // 安全比较

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💡 八、实际应用场景与案例解析

场景1：读取配置文件并构建 Map

Map<String, String> config = new HashMap<>();
try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("config.properties"))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        String[] parts = line.split("=");
        if (parts.length == 2) {
            config.put(parts[0], parts[1]);
        }
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

场景2：定时任务调度

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
    System.out.println("执行定时任务：" + LocalDateTime.now());
}, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

场景3：异步处理用户注册逻辑

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    // 发送邮件或短信
    sendWelcomeEmail("user@example.com");
});
future.exceptionally(ex -> {
    log.error("发送失败", ex);
    return null;
});

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🚫 九、常见错误与注意事项

错误	正确做法
使用 == 判断字符串内容是否相等	应使用 .equals()
在多线程环境下使用 SimpleDateFormat	应使用 DateTimeFormatter
修改正在遍历的集合	使用迭代器或复制后再修改
忽略关闭资源（如流、连接）	使用 try-with-resources
忽略空指针异常	使用 Optional 或 Objects 工具类
使用 Thread.sleep() 替代定时任务	应使用 ScheduledExecutorService
在 Lambda 中修改外部变量	外部变量应为 final 或等效不变量

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📊 十、总结：Java 常用 API 一览表

类/接口	所属包	主要用途
Object	java.lang	所有类的基类
String	java.lang	字符串处理
Math	java.lang	数学运算
System	java.lang	系统操作
List/Set/Map	java.util	集合操作
Stream	java.util.stream	函数式集合操作
LocalDate/Time	java.time	时间日期处理
File/BufferedReader	java.io	文件读写
Files	java.nio.file	NIO 文件操作
Thread/Runnable	java.lang	多线程
ExecutorService	java.util.concurrent	线程池
CompletableFuture	java.util.concurrent	异步编程
Exception	java.lang	异常处理
Arrays/Collections	java.util	集合工具
Objects	java.util	对象工具

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📎 十一、附录：API 使用技巧速查表

功能	示例
字符串格式化	String.format("Name: %s", name)
集合排序	Collections.sort(list)
获取当前时间	LocalDateTime.now()
读取文件全部内容	Files.readAllLines(path)
写入文件	Files.write(path, content.getBytes())
创建线程池	Executors.newFixedThreadPool(n)
异步任务	CompletableFuture.supplyAsync(() -> ...)
安全比较对象	Objects.equals(a, b)
判空处理	Optional.ofNullable(obj).ifPresent(...)
遍历 Map	map.forEach((k, v) -> ...)

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如果你正在准备一篇面向初学者的技术博客，或者希望系统回顾 Java 基础知识，这篇文章将为你提供完整的知识体系和实用的编程技巧。

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