Java 核心 API

原创已于 2025-09-18 13:53:46 修改 · 940 阅读

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于 2025-09-17 20:08:57 首次发布

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Java核心API是Java语言的基础类库（JDK自带），封装了底层实现，提供了开发中常用的功能模块，是Java后端开发的核心工具。以下按功能模块详细介绍，聚焦后端开发高频使用的API，避免冗余。

1. 字符串处理相关API

负责字符串的创建、修改、比较等操作，是日常开发中最常用的API之一。

核心类：java.lang.String、java.lang.StringBuilder、java.lang.StringBuffer
关键功能与区别：
- String：不可变字符串（创建后内容无法修改，每次修改都会生成新对象），适合字符串不频繁变动的场景（如常量定义、简单字符串拼接）。
  常用方法：equals()（内容比较，区别于==的地址比较）、length()（获取长度）、substring()（截取子串）、indexOf()（查找字符位置）、trim()（去除首尾空格）。
- StringBuilder：可变字符串，非线程安全，效率高，适合单线程下频繁修改字符串的场景（如循环拼接字符串）。
  常用方法：append()（追加内容）、insert()（插入内容）、reverse()（反转字符串）。
- StringBuffer：可变字符串，线程安全（方法加了synchronized），效率低于StringBuilder，适合多线程场景（如多线程日志拼接）。

2. 集合框架API（Java Collections Framework）

用于存储和操作一组数据，解决数组“长度固定、功能单一”的问题，是后端处理数据的核心工具。核心接口分为单列集合（存储单个元素）和双列集合（存储键值对），以下是高频实现类：

（1）单列集合（顶层接口：`java.util.Collection`）

List接口：有序、可重复、支持索引访问，适合存储“有序且可能重复”的数据（如用户列表、商品列表）。
核心实现类：
- ArrayList：底层是动态数组，查询快（通过索引直接访问）、增删慢（需移动元素），线程不安全，日常开发首选。
  常用方法：add()（添加元素）、get(int index)（按索引获取）、remove(int index)（按索引删除）、size()（获取元素个数）。
- LinkedList：底层是双向链表，增删快（只需修改指针）、查询慢（需遍历），还可作为队列/栈使用，适合频繁增删的场景（如消息队列）。
Set接口：无序、不可重复，适合存储“不允许重复”的数据（如用户ID、标签列表）。
核心实现类：
- HashSet：底层是哈希表，无序、查询/增删效率高（时间复杂度O(1)），依赖hashCode()和equals()保证元素不重复（需重写这两个方法，否则按地址判断）。
- TreeSet：底层是红黑树，可按元素自然顺序（如数字升序、字符串字典序）排序，适合需要“排序且去重”的场景（如排行榜）。

（2）双列集合（顶层接口：`java.util.Map`）

存储“键（Key）-值（Value）”对，Key不可重复（重复会覆盖），Value可重复，适合存储“映射关系”数据（如用户ID→用户信息、配置项Key→配置值）。
核心实现类：

HashMap：底层是哈希表（数组+链表/红黑树），无序、查询/增删效率高（O(1)），线程不安全，日常开发首选。
常用方法：put(K key, V value)（存键值对）、get(K key)（按Key取值）、containsKey(K key)（判断Key是否存在）、keySet()（获取所有Key）、entrySet()（获取所有键值对）。
TreeMap：底层是红黑树，Key按自然顺序排序，适合需要“按Key排序”的场景（如按日期排序的日志映射）。
ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap（JDK1.8后用CAS+ synchronized替代分段锁，效率高于传统同步集合），适合多线程场景（如并发缓存）。

3. 异常处理API

用于捕获和处理程序运行中的错误（如空指针、数组越界、IO错误），避免程序崩溃，核心类位于java.lang包下。

核心类与接口：Throwable（所有异常/错误的顶层父类）、Exception（程序可处理的异常）、Error（程序无法处理的严重错误，如内存溢出）。
关键异常分类：
- 编译时异常（受检异常）：必须显式处理（try-catch或throws声明），否则编译报错，如IOException（IO操作异常）、SQLException（数据库操作异常）。
- 运行时异常（非受检异常）：无需显式处理，通常是代码逻辑错误导致，如NullPointerException（空指针）、IndexOutOfBoundsException（数组越界）、ClassCastException（类型转换错误）。
核心语法：try（包裹可能出错的代码）、catch（捕获并处理异常）、finally（无论是否异常，都会执行，常用于释放资源，如关闭IO流、数据库连接）、throw（手动抛出异常）、throws（声明方法可能抛出的异常）。

4. IO流API（输入输出流）

用于实现“设备间数据传输”（如文件读写、网络数据传输），核心类位于java.io包下，按“数据类型”分为字节流和字符流，按“流向”分为输入流和输出流。

（1）字节流（处理所有类型数据，如图片、视频、二进制文件）

顶层抽象类：InputStream（输入字节流，读数据）、OutputStream（输出字节流，写数据）。
常用实现类：
- FileInputStream/FileOutputStream：读写本地文件（如读取配置文件、写入日志文件）。
- BufferedInputStream/BufferedOutputStream：带缓冲区的字节流，通过“批量读写”减少IO次数，效率远高于普通字节流，开发中优先使用。

（2）字符流（仅处理文本数据，如.txt、.java文件，自动处理字符编码）

顶层抽象类：Reader（输入字符流）、Writer（输出字符流）。
常用实现类：
- FileReader/FileWriter：读写文本文件（注意：默认使用系统编码，可能出现乱码）。
- BufferedReader/BufferedWriter：带缓冲区的字符流，支持readLine()（读取整行文本）、newLine()（写入换行符），是处理文本的首选。
- InputStreamReader/OutputStreamWriter：“字节流→字符流”的转换流，可指定字符编码（如UTF-8），解决乱码问题（如读取网络传输的文本数据）。

5. 多线程API

用于实现“并发编程”（如处理多用户请求、异步任务），核心类和接口位于java.lang包下。

线程创建方式：
1. 继承Thread类：重写run()方法（定义线程执行逻辑），调用start()方法启动线程（注意：不能直接调用run()，否则是普通方法调用）。
2. 实现Runnable接口：重写run()方法，将接口实例传给Thread对象，启动线程（推荐：避免单继承限制，适合多线程共享资源）。
3. 实现Callable接口：重写call()方法（可返回结果、抛出异常），配合FutureTask获取线程执行结果（适合需要异步获取结果的场景，如异步计算）。
线程控制与同步：
- 核心方法：start()（启动线程）、sleep(long ms)（线程休眠，不释放锁）、wait()/notify()（线程通信，需在synchronized块中使用，释放锁）、join()（等待其他线程执行完毕）。
- 锁机制：synchronized关键字（同步方法/同步块，保证原子性、可见性、有序性）、java.util.concurrent.locks.Lock接口（如ReentrantLock，可手动加锁/解锁，支持公平锁、可中断锁，功能比synchronized灵活）。
- 线程池：java.util.concurrent.ExecutorService（线程池接口），通过Executors工具类创建（如newFixedThreadPool固定大小线程池、newCachedThreadPool缓存线程池），避免频繁创建销毁线程，提升性能，是企业开发的首选。

6. 泛型（Generic）

并非独立类，而是“参数化类型”的语法（本质是编译期语法糖，避免类型转换错误），核心作用是“约束集合存储的元素类型、提升代码复用性”。

核心用法：
- 泛型类/接口：如ArrayList<E>（E是类型参数，实例化时指定具体类型，如ArrayList<String>表示存储字符串的集合）。
- 泛型方法：如public <T> T getValue(T[] arr)（T是方法的类型参数，调用时自动推断类型）。
- 通配符：?（表示任意类型）、? extends T（上限通配符，只能取不能存，如List<? extends Number>可接收List<Integer>、List<Double>）、? super T（下限通配符，只能存不能取，如List<? super Integer>可接收List<Number>、List<Object>）。

7. 反射（Reflection）

允许程序在“运行时”获取类的结构（如属性、方法、构造器）并操作，是框架（如Spring、MyBatis）的核心底层技术（如Spring的IOC依赖注入、MyBatis的Mapper接口绑定）。

核心类：Class（代表类的字节码对象，是反射的入口，获取方式：Class.forName("全类名")、对象.getClass()、类名.class）、Field（类的属性）、Method（类的方法）、Constructor（类的构造器）。
常用操作：
- 创建对象：通过Constructor.newInstance()（无参/有参构造）。
- 操作属性：Field.set(Object obj, Object value)（设置属性值）、Field.get(Object obj)（获取属性值），需先调用setAccessible(true)突破访问权限（如操作private属性）。
- 调用方法：Method.invoke(Object obj, Object... args)（调用方法，如调用Service的业务方法）。