Java核心类基础知识笔记：字符串与编码、StringBuilder、StringJoiner、包装类型、JavaBean、枚举类、BigInterger、BigDecimal、Math工具类Random工具类SecureRandom工具类

一、字符串与编码

1、在Java中，String是一个引用类型，它本身也是一个class。但是，因为String太常用了，所以Java提供了"..."这种字符串字面量表示方法。

String s1 = "Hello!";
// 实际上字符串在String内部是通过一个char[]数组表示的，因此，按下面的写法也是可以的
String s2 = new String(new char[] {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!'});

2、Java字符串的一个重要特点就是字符串不可变。这种不可变性是通过内部的private final char[]字段，以及没有任何修改char[]的方法实现的。

3、字符串比较：当我们想要比较两个字符串是否相同时，要特别注意，我们实际上是想比较字符串的内容是否相同。必须使用equals()方法而不能用==。

　　要忽略大小写比较，使用equalsIgnoreCase()方法

4、从String的不变性设计可以看出，如果传入的对象有可能改变，我们需要复制而不是直接引用。

5、小结：

　　Java字符串String是不可变对象；

　　字符串操作不改变原字符串内容，而是返回新字符串；

　　常用的字符串操作：提取子串、查找、替换、大小写转换等；

　　Java使用Unicode编码表示String和char；

　　转换编码就是将String和byte[]转换，需要指定编码；转换为byte[]时，始终优先考虑UTF-8编码。

二、StringBuilder 字符串缓冲区

1、Java编译器对String做了特殊处理，使得我们可以直接用+拼接字符串。但是在循环中，每次循环都会创建新的字符串对象，然后扔掉旧的字符串。这样，绝大部分字符串都是临时对象，不但浪费内存，还会影响GC效率。

2、为了能高效拼接字符串，Java标准库提供了StringBuilder，它是一个可变对象，可以预分配缓冲区，这样，往StringBuilder中新增字符时，不会创建新的临时对象。

StringBuilder sb = new StringBuilder(1024);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    sb.append(',');
    sb.append(i);
}
String s = sb.toString();

　　StringBuilder还可以进行链式操作：sb.append("Mr ").append("Bob").append("!").insert(0, "Hello, ");

3、如果我们查看StringBuilder的源码，可以发现，进行链式操作的关键是，定义的append()方法会返回this，这样，就可以不断调用自身的其他方法。

4、注意：对于普通的字符串 + 操作，并不需要我们将其改写为StringBuilder，因为Java编译器在编译时就自动把多个连续的 + 操作编码为StringConcatFactory的操作。

　　在运行期，StringConcatFactory会自动把字符串连接操作优化为数组复制或者StringBuilder操作。

　　你可能还听说过StringBuffer，这是Java早期的一个StringBuilder的线程安全版本，它通过同步来保证多个线程操作StringBuffer也是安全的，但是同步会带来执行速度的下降。StringBuilder和StringBuffer接口完全相同，现在完全没有必要使用StringBuffer。

三、StringJoiner

　　用指定分隔符拼接字符串数组时，使用StringJoiner或者String.join()更方便；

1、类似用分隔符拼接数组的需求很常见，所以Java标准库还提供了一个StringJoiner来干这个事。同时可以给StringJoiner指定“开头”和“结尾”。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] names = {"Bob", "Alice", "Grace"};
        var sj = new StringJoiner(", ", "Hello ", "!");
        for (String name : names) {
            sj.add(name);
        }
        System.out.println(sj.toString());
    }
}

2、String还提供了一个静态方法join()，这个方法在内部使用了StringJoiner来拼接字符串，在不需要指定“开头”和“结尾”的时候，用String.join()更方便：

四、包装类型

1、Java的数据类型分两种：

• 基本类型：byte，short，int，long，boolean，float，double，char

• 引用类型：所有class和interface类型

　　引用类型可以赋值为null，表示空，但基本类型不能赋值为null。

2、如何把一个基本类型视为对象（引用类型）？ 比如，想要把int基本类型变成一个引用类型，我们可以定义一个Integer类，它只包含一个实例字段int，这样，Integer类就可以视为int的包装类（Wrapper Class）。

　　实际上，因为包装类型非常有用，Java核心库为每种基本类型都提供了对应的包装类型：

3、直接把int变为Integer的赋值写法，称为自动装箱（Auto Boxing），反过来，把Integer变为int的赋值写法，称为自动拆箱（Auto Unboxing）。

　　注意：自动装箱和自动拆箱只发生在编译阶段，目的是为了少写代码。

　　装箱和拆箱会影响代码的执行效率，因为编译后的class代码是严格区分基本类型和引用类型的。并且，自动拆箱执行时可能会报NullPointerException：

4、不变类：所有的包装类型都是不变类。我们查看Integer的源码可知，它的核心代码如下：

public final class Integer {
    private final int value;
}

　　因此，一旦创建了Integer对象，该对象就是不变的。

5、对两个Integer实例进行比较要特别注意：绝对不能用==比较，因为Integer是引用类型，必须使用equals()比较。

　　代码示例解析：==比较，较小的两个相同的Integer返回true，较大的两个相同的Integer返回false，这是因为Integer是不变类，编译器把Integer x = 127;自动变为Integer x = Integer.valueOf(127);，为了节省内存，Integer.valueOf()对于较小的数，始终返回相同的实例，因此，==比较“恰好”为true，但我们绝不能因为Java标准库的Integer内部有缓存优化就用==比较，必须用equals()方法比较两个Integer。

6、小结：

　　Java核心库提供的包装类型可以把基本类型包装为class；

　　自动装箱和自动拆箱都是在编译期完成的（JDK>=1.5）；装箱和拆箱会影响执行效率，且拆箱时可能发生NullPointerException；

　　包装类型的比较必须使用equals()；

　　整数和浮点数的包装类型都继承自Number；

　　包装类型提供了大量实用方法。

五、JavaBean

　　JavaBean是一种符合命名规范的class，它通过getter和setter来定义属性。

1、在Java中，有很多class的定义都符合这样的规范：

• 若干private实例字段；
• 通过public方法来读写实例字段。

　　如果读写方法符合以下这种命名规范：

// 读方法:
public Type getXyz()
// 写方法:
public void setXyz(Type value)

　　那么这种class被称为JavaBean。

　　注意：boolean字段比较特殊，它的读方法一般命名为isXyz()

2、JavaBean主要用来传递数据，即把一组数据组合成一个JavaBean便于传输。

3、要枚举一个JavaBean的所有属性，可以直接使用Java核心库提供的Introspector。

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BeanInfo info = Introspector.getBeanInfo(Person.class);
        for (PropertyDescriptor pd : info.getPropertyDescriptors()) {
            System.out.println(pd.getName());
        }
    }
}

六、枚举类

1、在Java中，我们可以通过static final来定义常量。但是使用这些常量来表示一组枚举值的时候，有一个严重的问题就是，编译器无法检查每个值的合理性。

2、enum定义枚举类：为了让编译器能自动检查某个值在枚举的集合内，并且，不同用途的枚举需要不同的类型来标记，不能混用，我们可以使用enum来定义枚举类：

enum Weekday {
    SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT;
}

　　注意到定义枚举类是通过关键字enum实现的，我们只需依次列出枚举的常量名。

3、使用枚举类的好处：

　　enum常量本身带有类型信息，即Weekday.SUN类型是Weekday，编译器会自动检查出类型错误。

　　不可能引用到非枚举的值，因为无法通过编译。

　　不同类型的枚举不能互相比较或者赋值，因为类型不符。

4、enum类型

　　通过enum定义的枚举类，和其他的class有什么区别？答案是没有任何区别。enum定义的类型就是class，只不过它有以下几个特点：

• 定义的enum类型总是继承自java.lang.Enum，且无法被继承；
• 只能定义出enum的实例，而无法通过new操作符创建enum的实例；
• 定义的每个实例都是引用类型的唯一实例；
• 可以将enum类型用于switch语句。

5、因为enum是一个class，每个枚举的值都是class实例，因此存在一些实例方法。

6、小结：

　　Java使用enum定义枚举类型，它被编译器编译为final class Xxx extends Enum { … }；

　　通过name()获取常量定义的字符串，注意不要使用toString()；

　　通过ordinal()返回常量定义的顺序（无实质意义）；

　　可以为enum编写构造方法、字段和方法

　　enum的构造方法要声明为private，字段强烈建议声明为final；

　　enum适合用在switch语句中。

七、BigInterger

1、在Java中，由CPU原生提供的整型最大范围是64位long型整数。使用long型整数可以直接通过CPU指令进行计算，速度非常快。

　　如果我们使用的整数范围超过了long型怎么办？这个时候，就只能用软件来模拟一个大整数。java.math.BigInteger就是用来表示任意大小的整数。BigInteger内部用一个int[]数组来模拟一个非常大的整数：

2、对BigInteger做运算的时候，只能使用实例方法，例如，加法运算：add()

3、和long型整数运算比，BigInteger不会有范围限制，但缺点是速度比较慢。

4、小结：

　　BigInteger用于表示任意大小的整数；

　　BigInteger是不变类，并且继承自Number；

　　将BigInteger转换成基本类型时可使用longValueExact()等方法保证结果准确。

八、BigDecimal

　　和BigInteger类似，BigDecimal可以表示一个任意大小且精度完全准确的浮点数。

1、BigDecimal用scale()表示小数位数；通过BigDecimal的stripTrailingZeros()方法，可以将一个BigDecimal格式化为一个相等的，但去掉了末尾0的BigDecimal。

2、在比较两个BigDecimal的值是否相等时，要特别注意，使用equals()方法不但要求两个BigDecimal的值相等，还要求它们的scale()相等。

3、必须使用compareTo()方法来比较，它根据两个值的大小分别返回负数、正数和0，分别表示小于、大于和等于。

　　注意：总是使用compareTo()比较两个BigDecimal的值，不要使用equals()！

4、如果查看BigDecimal的源码，可以发现，实际上一个BigDecimal是通过一个BigInteger和一个scale来表示的，即BigInteger表示一个完整的整数，而scale表示小数位数。

public class BigDecimal extends Number implements Comparable<BigDecimal> {
    private final BigInteger intVal;
    private final int scale;
}

5、小结：

　　BigDecimal用于表示精确的小数，常用于财务计算；

　　比较BigDecimal的值是否相等，必须使用compareTo()而不能使用equals()。

九、常用工具类

1、Math：Math类就是用来进行数学计算的，它提供了大量的静态方法来便于我们实现数学计算

2、Java标准库还提供了一个StrictMath，它提供了和Math几乎一模一样的方法。

　　这两个类的区别在于，由于浮点数计算存在误差，不同的平台（例如x86和ARM）计算的结果可能不一致（指误差不同），因此，StrictMath保证所有平台计算结果都是完全相同的，而Math会尽量针对平台优化计算速度，所以，绝大多数情况下，使用Math就足够了。

3、Random：Random用来创建伪随机数。所谓伪随机数，是指只要给定一个初始的种子，产生的随机数序列是完全一样的。

　　有童鞋问，每次运行程序，生成的随机数都是不同的，没看出伪随机数的特性来。

　　这是因为我们创建Random实例时，如果不给定种子，就使用系统当前时间戳作为种子，因此每次运行时，种子不同，得到的伪随机数序列就不同。

　　如果我们在创建Random实例时指定一个种子，就会得到完全确定的随机数序列

4、SecureRandom：有伪随机数，就有真随机数。实际上真正的真随机数只能通过量子力学原理来获取，而我们想要的是一个不可预测的安全的随机数，SecureRandom就是用来创建安全的随机数的。

　　SecureRandom无法指定种子，它使用RNG（random number generator）算法。JDK的SecureRandom实际上有多种不同的底层实现，有的使用安全随机种子加上伪随机数算法来产生安全的随机数，有的使用真正的随机数生成器。实际使用的时候，可以优先获取高强度的安全随机数生成器，如果没有提供，再使用普通等级的安全随机数生成器。