一、前言

Java 的标准类库是开发的 “武器库”，从字符串处理、正则表达式，到包装类、系统工具类，再到日期时间、随机数、集合框架，这些工具类覆盖了日常开发 90% 的基础场景。本章我们系统梳理这些核心类库，帮你打通 Java 基础工具的任督二脉。

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二、正则表达式：文本匹配的利器

1. 核心用法

Java 中使用Pattern和Matcher类实现正则匹配，步骤如下：

1. 编译正则模式：Pattern p = Pattern.compile("正则表达式");
2. 创建匹配器：Matcher m = p.matcher("待匹配字符串");
3. 执行匹配：boolean isMatch = m.matches();

2. 实战案例

• 手机号校验：匹配以1开头，第二位为3/4/5，后接 9 位数字的手机号：

  java

  Pattern p = Pattern.compile("^1[3-5]+\\d{9}$");
  

• IP 地址校验：匹配 IPv4 地址，每个段为0-255的数字：

  java

  Pattern p = Pattern.compile("([1-2]?\\d{0,2}\\.){3}[1-2]?\\d{0,2}");
  

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三、数据类型包装器类：基本类型的对象化

1. 包装类与自动装箱 / 拆箱

Java 为 8 种基本类型提供了对应的包装类：

表格

基本类型	包装类
int	Integer
char	Character
boolean	Boolean
byte	Byte
short	Short
long	Long
float	Float
double	Double

自动装箱 / 拆箱：Java 会自动完成基本类型与包装类的转换：

java

Integer i = 123; // 自动装箱（int → Integer）
int j = i;       // 自动拆箱（Integer → int）

2. 常用方法

• parseInt(String s)：字符串转 int
• toString()：包装类转字符串
• toBinaryString(int i)：转二进制字符串
• MAX_VALUE/MIN_VALUE：获取类型的最大 / 最小值

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四、System 类：系统级工具集

1. 核心功能

• 记录程序运行时间：currentTimeMillis()获取当前毫秒数，计算代码段耗时：

  java

  long start = System.currentTimeMillis();
  // 执行代码
  long end = System.currentTimeMillis();
  System.out.println("耗时：" + (end - start) + "ms");
  

• 数组复制：arraycopy()实现数组高效拷贝：

  java

  System.arraycopy(src, srcPos, dest, destPos, length);
  

• 标准输入 / 输出：System.in/System.out

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五、Math 与 Random：数学计算与随机数

1. Math 类

提供常用数学静态方法：

• 取整：ceil()向上取整、floor()向下取整、round()四舍五入
• 三角函数：sin()/cos()/asin()
• 指数对数：exp()/log()/pow()
• 常量：Math.PI（圆周率）、Math.E（自然常数）
• 随机数：Math.random()生成[0,1)的随机浮点数

2. Random 类

比Math.random()更灵活的随机数工具：

java

Random r = new Random(202208); // 指定种子，相同种子生成相同序列
int num = r.nextInt(10);       // 生成[0,10)的随机整数
double gauss = r.nextGaussian(); // 高斯分布随机数

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六、日期时间工具类

1. 旧版 Date 类

• Date()：创建当前时间对象
• Date(long millis)：根据毫秒数创建时间
• 缺点：线程不安全、方法设计不友好

2. 新版java.time包（JDK8+）

• LocalDateTime：本地日期时间，不含时区信息

  java

  LocalDateTime now = LocalDateTime.now(); // 获取当前时间
  LocalDateTime future = now.plusYears(30).plusDays(100); // 时间计算
  

• ZonedDateTime：带时区的日期时间
• DateTimeFormatter：日期格式化与解析

  java

  DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy年MM月dd日 HH时mm分ss秒");
  String formatTime = now.format(dtf); // 时间转字符串
  LocalDateTime parseTime = LocalDateTime.parse("2022年08月17日 13时54分39秒", dtf); // 字符串转时间
  

• Instant：时间线上的瞬时点，用于Date与LocalDateTime的转换

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七、Java 集合框架：数据存储的瑞士军刀

1. 集合接口体系

• Iterable：支持 for-each 循环，获取迭代器
• Collection：集合根接口，定义add()/remove()/contains()等通用方法
• List：有序、可重复集合（ArrayList/LinkedList/Vector/Stack）
• Set：无序、无重复集合（HashSet/TreeSet/LinkedHashSet）
• Queue：先进先出队列（ArrayDeque/PriorityQueue）
• Deque：双向队列，支持两端操作
• Map：键值对集合（HashMap/TreeMap/Hashtable/Properties）

2. List 接口实现类

• ArrayList：动态数组，查询快、增删慢，非线程安全
• LinkedList：双向链表，增删快、查询慢
• Vector：线程安全的动态数组，性能略差
• Stack：继承Vector，实现后进先出栈

3. Set 接口实现类

• HashSet：哈希表实现，无序、无重复，允许 null 元素
• TreeSet：红黑树实现，按自然顺序排序，支持lower()/higher()/pollFirst()等方法
• LinkedHashSet：有序的 HashSet，保留插入顺序

4. Queue 与 Deque 接口

• ArrayDeque：基于数组的双向队列，性能优于LinkedList

  java

  Deque<Character> deque = new ArrayDeque<>();
  deque.offerLast('A'); // 队尾添加
  deque.pollFirst();    // 队首取出
  deque.offerFirst('B');// 队首添加
  deque.pollLast();     // 队尾取出
  

5. Map 接口实现类

• HashMap：哈希表实现，无序键值对，非线程安全
• TreeMap：红黑树实现，按键升序排序
• Hashtable：线程安全的哈希表，不允许 null 键 / 值
• LinkedHashMap：有序的 HashMap，保留插入顺序

6. 迭代器与遍历

• Iterator：单向遍历，支持hasNext()/next()/remove()
• ListIterator：双向遍历，支持previous()/set()/add()

  java

  ListIterator<Character> litr = list.listIterator();
  while (litr.hasNext()) {
      char c = litr.next();
      litr.set(Character.toLowerCase(c)); // 修改元素
  }
  while (litr.hasPrevious()) {
      System.out.print(litr.previous() + " "); // 反向遍历
  }
  

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八、学习总结

1. 正则表达式：核心是Pattern+Matcher，用于文本匹配与校验。
2. 包装类：实现基本类型的对象化，支持自动装箱 / 拆箱，提供类型转换方法。
3. System 类：提供系统级工具，如时间计算、数组复制。
4. Math/Random：数学计算与随机数生成，满足不同场景的随机需求。
5. 日期时间：优先使用 JDK8 + 的java.time包，线程安全且 API 友好。
6. 集合框架：
   • List适合有序可重复数据，ArrayList优先使用；
   • Set适合去重场景，TreeSet支持排序；
   • Map适合键值对存储，HashMap是首选；
   • 迭代器是遍历集合的通用方式，ListIterator支持双向操作。