JAVA核心类

整理BY：Misayaas

内容来自廖雪峰的官方网站： https://www.liaoxuefeng.com/

字符串和编码

String

字符串在String内部是通过一个char[]数组表示的

String s2 = new String(new char[] {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!'});

Java提供了"..."这种字符串字面量表示方法

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

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==

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "hello";
        String s2 = "hello";
        System.out.println(s1 == s2);
        System.out.println(s1.equals(s2));
    }
}

从表面上看，两个字符串用==和equals()比较都为true，但实际上那只是Java编译器在编译期，会自动把所有相同的字符串当作一个对象放入常量池，自然s1和s2的引用就是相同的

• 所以，这种==比较返回true纯属巧合

换一种写法，==比较就会失败

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "hello";
        String s2 = "HELLO".toLowerCase();
        System.out.println(s1 == s2);
        System.out.println(s1.equals(s2));
    }
}

要忽略大小写比较，使用equalsIgnoreCase()方法

String类还提供了多种方法来搜索子串、提取子串。常用的方法有：

// 是否包含子串:
"Hello".contains("ll"); // true

• 注意到contains()方法的参数是CharSequence而不是String，因为CharSequence是String实现的一个接口

搜索子串的更多的例子：

"Hello".indexOf("l"); // 2
"Hello".lastIndexOf("l"); // 3
"Hello".startsWith("He"); // true
"Hello".endsWith("lo"); // true

提取子串的例子：

"Hello".substring(2); // "llo"
"Hello".substring(2, 4); "ll"

去除首尾空白字符

使用trim()方法可以移除字符串首尾空白字符。空白字符包括空格，\t，\r，\n

"  \tHello\r\n ".trim(); // "Hello"

• ==注意：trim()并没有改变字符串的内容，而是返回了一个新字符串==

另一个strip()方法也可以移除字符串首尾空白字符。它和trim()不同的是，类似中文的空格字符\u3000也会被移除：

"\u3000Hello\u3000".strip(); // "Hello"
" Hello ".stripLeading(); // "Hello "
" Hello ".stripTrailing(); // " Hello"

String还提供了isEmpty()和isBlank()来判断字符串是否为空和空白字符串：

"".isEmpty(); // true，因为字符串长度为0
"  ".isEmpty(); // false，因为字符串长度不为0
"  \n".isBlank(); // true，因为只包含空白字符
" Hello ".isBlank(); // false，因为包含非空白字符

替换子串

1.根据字符或字符串替换

String s = "hello";
s.replace('l', 'w'); // "hewwo"，所有字符'l'被替换为'w'
s.replace("ll", "~~"); // "he~~o"，所有子串"ll"被替换为"~~"

2.通过正则表达式替换

String s = "A,,B;C ,D";
s.replaceAll("[\\,\\;\\s]+", ","); // "A,B,C,D"

• 上面的代码通过正则表达式，把匹配的子串统一替换为","

分割字符串

要分割字符串，使用split()方法，并且传入的也是正则表达式

String s = "A,B,C,D";
String[] ss = s.split("\\,"); // {"A", "B", "C", "D"}

拼接字符串

拼接字符串使用静态方法join()，它用指定的字符串连接字符串数组

String[] arr = {"A", "B", "C"};
String s = String.join("***", arr); // "A***B***C"

格式化字符串

字符串提供了formatted()方法和format()静态方法，可以传入其他参数，替换占位符，然后生成新的字符串

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "Hi %s, your score is %d!";
        System.out.println(s.formatted("Alice", 80));
        System.out.println(String.format("Hi %s, your score is %.2f!", "Bob", 59.5));
    }
}

如果你不确定用啥占位符，那就始终用%s，因为%s可以显示任何数据类型

要查看完整的格式化语法，请参考JDK文档

类型转换

要把任意基本类型或引用类型转换为字符串，可以使用静态方法valueOf()

String.valueOf(123); // "123"
String.valueOf(45.67); // "45.67"
String.valueOf(true); // "true"
String.valueOf(new Object()); // 类似java.lang.Object@636be97c

把字符串转换为int类型

int n1 = Integer.parseInt("123"); // 123
int n2 = Integer.parseInt("ff", 16); // 按十六进制转换，255

把字符串转换为boolean类型：

boolean b1 = Boolean.parseBoolean("true"); // true
boolean b2 = Boolean.parseBoolean("FALSE"); // false

要特别注意，Integer有个getInteger(String)方法，它不是将字符串转换为int，而是把该字符串对应的系统变量转换为Integer：

Integer.getInteger("java.version"); // 版本号，11

转换为char[]

String和char[]类型可以互相转换，方法是：

char[] cs = "Hello".toCharArray(); // String -> char[]
String s = new String(cs); // char[] -> String

如果修改了char[]数组，String并不会改变

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        char[] cs = "Hello".toCharArray();
        String s = new String(cs);
        System.out.println(s);
        cs[0] = 'X';
        System.out.println(s);
    }
}

• 这是因为通过new String(char[])创建新的String实例时，它并不会直接引用传入的char[]数组，而是会复制一份，所以，修改外部的char[]数组不会影响String实例内部的char[]数组，因为这是两个不同的数组
• 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

例如，下面的代码设计了一个Score类保存一组学生的成绩

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] scores = new int[] { 88, 77, 51, 66 };
        Score s = new Score(scores);
        s.printScores();
        scores[2] = 99;
        s.printScores();
    }
}

class Score {
    private int[] scores;
    public Score(int[] scores) {
        this.scores = scores;
    }

    public void printScores() {
        System.out.println(Arrays.toString(scores));
    }
}

由于Score内部直接引用了外部传入的int[]数组，这会造成外部代码对int[]数组的修改，影响到Score类的字段

字符编码

在早期的计算机系统中，为了给字符编码，美国国家标准学会（American National Standard Institute：ANSI）制定了一套英文字母、数字和常用符号的编码，它占用一个字节，编码范围从0到127，最高位始终为0，称为ASCII编码。例如，字符'A'的编码是0x41，字符'1'的编码是0x31

GB2312标准使用两个字节表示一个汉字，其中第一个字节的最高位始终为1，以便和ASCII编码区分开。例如，汉字'中'的GB2312编码是0xd6d0。

为了统一全球所有语言的编码，全球统一码联盟发布了Unicode编码，它把世界上主要语言都纳入同一个编码，这样，中文、日文、韩文和其他语言就不会冲突。

Unicode编码需要两个或者更多字节表示

英文字符'A'的ASCII编码和Unicode编码：

         ┌────┐
ASCII:   │ 41 │
         └────┘
         ┌────┬────┐
Unicode: │ 00 │ 41 │
         └────┴────┘

• 英文字符的Unicode编码就是简单地在前面添加一个00字节

中文字符'中'的GB2312编码和Unicode编码：

         ┌────┬────┐
GB2312:  │ d6 │ d0 │
         └────┴────┘
         ┌────┬────┐
Unicode: │ 4e │ 2d │
         └────┴────┘

因为英文字符的Unicode编码高字节总是00，包含大量英文的文本会浪费空间，所以，出现了UTF-8编码，它是一种变长编码，用来把固定长度的Unicode编码变成1～4字节的变长编码。通过UTF-8编码，英文字符'A'的UTF-8编码变为0x41，正好和ASCII码一致，而中文'中'的UTF-8编码为3字节0xe4b8ad

UTF-8编码的另一个好处是容错能力强。如果传输过程中某些字符出错，不会影响后续字符，因为UTF-8编码依靠高字节位来确定一个字符究竟是几个字节，它经常用来作为传输编码

char类型实际上就是两个字节的Unicode编码。如果我们要手动把字符串转换成其他编码，可以这样做：

byte[] b1 = "Hello".getBytes(); // 按系统默认编码转换，不推荐
byte[] b2 = "Hello".getBytes("UTF-8"); // 按UTF-8编码转换
byte[] b2 = "Hello".getBytes("GBK"); // 按GBK编码转换
byte[] b3 = "Hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 按UTF-8编码转换

==注意：转换编码后，就不再是char类型，而是byte类型表示的数组==

如果要把已知编码的byte[]转换为String，可以这样做：

byte[] b = ...
String s1 = new String(b, "GBK"); // 按GBK转换
String s2 = new String(b, StandardCharsets.UTF_8); // 按UTF-8转换

Java的String和char在内存中总是以Unicode编码表示

延伸阅读

早期JDK版本的String总是以char[]存储

public final class String {
    private final char[] value;
    private final int offset;
    private final int count;
}

较新的JDK版本的String则以byte[]存储

public final class String {
    private final byte[] value;
    private final byte coder; // 0 = LATIN1, 1 = UTF16

• 如果String仅包含ASCII字符，则每个byte存储一个字符，否则，每两个byte存储一个字符，这样做的目的是为了节省内存，因为大量的长度较短的String通常仅包含ASCII字符

StringBuilder

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：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        var sb = new StringBuilder(1024);
        sb.append("Mr ")
          .append("Bob")
          .append("!")
          .insert(0, "Hello, ");
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

• 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

==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==

StringJoiner

很多时候，我们拼接的字符串像这样：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] names = {"Bob", "Alice", "Grace"};
        var sb = new StringBuilder();
        sb.append("Hello ");
        for (String name : names) {
            sb.append(name).append(", ");
        }
        // 注意去掉最后的", ":
        sb.delete(sb.length() - 2, sb.length());
        sb.append("!");
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

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：

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

用StringJoiner的结果少了前面的"Hello "和结尾的"!"！遇到这种情况，需要给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());
    }
}

String,join()

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

String[] names = {"Bob", "Alice", "Grace"};
var s = String.join(", ", names);

包装类型

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）

public class Integer {
    private int value;

    public Integer(int value) {
        this.value = value;
    }

    public int intValue() {
        return this.value;
    }
}

定义好了Integer类，我们就可以把int和Integer互相转换

Integer n = null;
Integer n2 = new Integer(99);
int n3 = n2.intValue();

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
|基本类型|对应的引用类型
|—-|—-|
|boolean|java.lang.Boolean|
|byte|java.lang.Byte|
|short|java.lang.Short|
|int|java.lang.Integer|
|long|java.lang.Long|
|float|java.lang.Float|
|double|java.lang.Double|
|char|java.lang.Character|

我们可以直接使用，不需要自己定义

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 100;
        // 通过new操作符创建Integer实例(不推荐使用,会有编译警告):
        Integer n1 = new Integer(i);
        // 通过静态方法valueOf(int)创建Integer实例:
        Integer n2 = Integer.valueOf(i);
        // 通过静态方法valueOf(String)创建Integer实例:
        Integer n3 = Integer.valueOf("100");
        System.out.println(n3.intValue());
    }
}

Auto Boxing

Java编译器可以帮助我们自动在int和Integer之间转型：

Integer n = 100; // 编译器自动使用Integer.valueOf(int)
int x = n; // 编译器自动使用Integer.intValue()

这种直接把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==
• 自动拆箱执行时可能会报NullPointerException
• 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

不变类

所有的包装类型都是不变类

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

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

我们自己创建Integer的时候，以下两种方法：

• 方法1：Integer n = new Integer(100);
• 方法2：Integer n = Integer.valueOf(100);

我们把能创建“新”对象的静态方法称为静态工厂方法

• Integer.valueOf()就是静态工厂方法，它尽可能地返回缓存的实例以节省内存

==创建新对象时，优先选用静态工厂方法而不是new操作符==

进制转换

Integer类本身还提供了大量方法，例如，最常用的静态方法parseInt()可以把字符串解析成一个整数：

int x1 = Integer.parseInt("100"); // 100
int x2 = Integer.parseInt("100", 16); // 256,因为按16进制解析

Integer还可以把整数格式化为指定进制的字符串：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Integer.toString(100)); // "100",表示为10进制
        System.out.println(Integer.toString(100, 36)); // "2s",表示为36进制
        System.out.println(Integer.toHexString(100)); // "64",表示为16进制
        System.out.println(Integer.toOctalString(100)); // "144",表示为8进制
        System.out.println(Integer.toBinaryString(100)); // "1100100",表示为2进制
    }
}

我们经常使用的System.out.println(n);是依靠核心库自动把整数格式化为10进制输出并显示在屏幕上，使用Integer.toHexString(n)则通过核心库自动把整数格式化为16进制

这里我们注意到程序设计的一个重要原则：数据的存储和显示要分离

ava的包装类型还定义了一些有用的静态变量

// boolean只有两个值true/false，其包装类型只需要引用Boolean提供的静态字段:

Boolean t = Boolean.TRUE;
Boolean f = Boolean.FALSE;
// int可表示的最大/最小值:
int max = Integer.MAX_VALUE; // 2147483647
int min = Integer.MIN_VALUE; // -2147483648
// long类型占用的bit和byte数量:
int sizeOfLong = Long.SIZE; // 64 (bits)
int bytesOfLong = Long.BYTES; // 8 (bytes)

最后，所有的整数和浮点数的包装类型都继承自Number，因此，可以非常方便地直接通过包装类型获取各种基本类型：

// 向上转型为Number:
Number num = new Integer(999);
// 获取byte, int, long, float, double:
byte b = num.byteValue();
int n = num.intValue();
long ln = num.longValue();
float f = num.floatValue();
double d = num.doubleValue();

处理无符号整型

在Java中，并没有无符号整型（Unsigned）的基本数据类型

• 无符号整型和有符号整型的转换在Java中就需要借助包装类型的静态方法完成

  public class Main {
      public static void main(String[] args) {
          byte x = -1;
          byte y = 127;
          System.out.println(Byte.toUnsignedInt(x)); // 255
          System.out.println(Byte.toUnsignedInt(y)); // 127
      }
  }

  类似的，可以把一个short按unsigned转换为int，把一个int按unsigned转换为long

JavaBean

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

boolean字段比较特殊，它的读方法一般命名为isXyz()：

// 读方法:
public boolean isChild()
// 写方法:
public void setChild(boolean value)

我们通常把一组对应的读方法（getter）和写方法（setter）称为属性（property）。例如，name属性：

• 对应的读方法是String getName()
• 对应的写方法是setName(String)

只有getter的属性称为只读属性（read-only）
只有setter的属性称为只写属性（write-only）

• 只读属性很常见，只写属性不常见
• 属性只需要定义getter和setter方法，不一定需要对应的字段

例如，child只读属性定义如下：

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() { return this.name; }
    public void setName(String name) { this.name = name; }

    public int getAge() { return this.age; }
    public void setAge(int age) { this.age = age; }

    public boolean isChild() {
        return age <= 6;
    }
}

可以看出，getter和setter也是一种数据封装的方法

JavaBean的作用

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
JavaBean可以方便地被IDE工具分析，生成读写属性的代码，主要用在图形界面的可视化设计中

public class Person {
    private String name;
    private int age;
}

点击右键，在弹出的菜单中选择“Source”，“Generate Getters and Setters”，在弹出的对话框中选中需要生成getter和setter方法的字段，点击确定即可由IDE自动完成所有方法代码

枚举JavaBean属性

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());
            System.out.println("  " + pd.getReadMethod());
            System.out.println("  " + pd.getWriteMethod());
        }
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

运行上述代码，可以列出所有的属性，以及对应的读写方法

• ==注意class属性是从Object继承的getClass()方法带来的==

枚举类

enum

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Weekday day = Weekday.SUN;
        if (day == Weekday.SAT || day == Weekday.SUN) {
            System.out.println("Work at home!");
        } else {
            System.out.println("Work at office!");
        }
    }
}

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

• 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

  int day = 1;
  if (day == Weekday.SUN) { // Compile error: bad operand types for binary operator '=='
  }

• 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

  Weekday x = Weekday.SUN; // ok!
  Weekday y = Color.RED; // Compile error: incompatible types

enum的比较

使用enum定义的枚举类是一种引用类型
引用类型比较，要始终使用equals()方法，但enum类型可以例外

• 这是因为enum类型的每个常量在JVM中只有一个唯一实例，所以可以直接用==比较

  if (day == Weekday.FRI) { // ok!
  }
  if (day.equals(Weekday.SUN)) { // ok, but more code!
  }

enum类型

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

因为enum是一个class，每个枚举的值都是class实例，因此，这些实例有一些方法：

• name()

  返回常量名，例如：

  String s = Weekday.SUN.name(); // "SUN"

• ordinal()

  返回定义的常量的顺序，从0开始计数，例如：

  int n = Weekday.MON.ordinal(); // 1

  改变枚举常量定义的顺序就会导致ordinal()返回值发生变化

如果在代码中编写了类似if(x.ordinal()==1)这样的语句，就要保证enum的枚举顺序不能变。新增的常量必须放在最后。

实现enum和int之间的转化：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Weekday day = Weekday.SUN;
        if (day.dayValue == 6 || day.dayValue == 0) {
            System.out.println("Work at home!");
        } else {
            System.out.println("Work at office!");
        }
    }
}

enum Weekday {
    MON(1), TUE(2), WED(3), THU(4), FRI(5), SAT(6), SUN(0);

    public final int dayValue;

    private Weekday(int dayValue) {
        this.dayValue = dayValue;
    }
}

• 这样就无需担心顺序的变化，新增枚举常量时，也需要指定一个int值

==注意：枚举类的字段也可以是非final类型，即可以在运行期修改，但是不推荐这样做！==

==注意：判断枚举常量的名字，要始终使用name()方法，绝不能调用toString()！==

switch

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Weekday day = Weekday.SUN;
        switch(day) {
        case MON:
        case TUE:
        case WED:
        case THU:
        case FRI:
            System.out.println("Today is " + day + ". Work at office!");
            break;
        case SAT:
        case SUN:
            System.out.println("Today is " + day + ". Work at home!");
            break;
        default:
            throw new RuntimeException("cannot process " + day);
        }
    }
}

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

纪录类

假设我们希望定义一个Point类，有x、y两个变量，同时它是一个不变类，可以这么写：

public final class Point {
    private final int x;
    private final int y;

    public Point(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public int x() {
        return this.x;
    }

    public int y() {
        return this.y;
    }
}

为了保证不变类的比较，还需要正确覆写equals()和hashCode()方法，这样才能在集合类中正常使用。

record

把上述Point类改写为Record类，代码如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Point p = new Point(123, 456);
        System.out.println(p.x());
        System.out.println(p.y());
        System.out.println(p);
    }
}

record Point(int x, int y) {}

把上述定义改写为class，相当于以下代码：

final class Point extends Record {
    private final int x;
    private final int y;

    public Point(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public int x() {
        return this.x;
    }

    public int y() {
        return this.y;
    }

    public String toString() {
        return String.format("Point[x=%s, y=%s]", x, y);
    }

    public boolean equals(Object o) {
        ...
    }
    public int hashCode() {
        ...
    }
}

换句话说，使用record关键字，可以一行写出一个不变类

• 和enum类似，我们自己不能直接从Record派生，只能通过record关键字由编译器实现继承

构造方法

假设Point类的x、y不允许负数，我们就得给Point的构造方法加上检查逻辑：

public record Point(int x, int y) {
    public Point {
        if (x < 0 || y < 0) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
    }
}

注意到方法public Point {...}被称为Compact Constructor，它的目的是让我们编写检查逻辑，编译器最终生成的构造方法如下：

public final class Point extends Record {
    public Point(int x, int y) {
        // 这是我们编写的Compact Constructor:
        if (x < 0 || y < 0) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        // 这是编译器继续生成的赋值代码:
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    ...
}

作为record的Point仍然可以添加静态方法。一种常用的静态方法是of()方法，用来创建Point：

public record Point(int x, int y) {
    public static Point of() {
        return new Point(0, 0);
    }
    public static Point of(int x, int y) {
        return new Point(x, y);
    }
}

BigInteger

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：

BigInteger bi = new BigInteger("1234567890");
System.out.println(bi.pow(5)); // 2867971860299718107233761438093672048294900000

对BigInteger做运算的时候，只能使用实例方法，例如，加法运算：

BigInteger i1 = new BigInteger("1234567890");
BigInteger i2 = new BigInteger("12345678901234567890");
BigInteger sum = i1.add(i2); // 12345678902469135780

• BigInteger不会有范围限制，但缺点是速度比较慢

也可以把BigInteger转换成long型：

BigInteger i = new BigInteger("123456789000");
System.out.println(i.longValue()); // 123456789000
System.out.println(i.multiply(i).longValueExact()); // java.lang.ArithmeticException: BigInteger out of long range

使用longValueExact()方法时，如果超出了long型的范围，会抛出ArithmeticException

BigInteger和Integer、Long一样，也是不可变类，并且也继承自Number类。因为Number定义了转换为基本类型的几个方法：

• 转换为byte：byteValue()
• 转换为short：shortValue()
• 转换为int：intValue()
• 转换为long：longValue()
• 转换为float：floatValue()
• 转换为double：doubleValue()

如果BigInteger表示的范围超过了基本类型的范围，转换时将丢失高位信息，即结果不一定是准确的。

如果需要准确地转换成基本类型，可以使用intValueExact()、longValueExact()等方法，在转换时如果超出范围，将直接抛出ArithmeticException异常

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

BigDecimal用scale()表示小数位数，例如：

BigDecimal d1 = new BigDecimal("123.45");
BigDecimal d2 = new BigDecimal("123.4500");
BigDecimal d3 = new BigDecimal("1234500");
System.out.println(d1.scale()); // 2,两位小数
System.out.println(d2.scale()); // 4
System.out.println(d3.scale()); // 0

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：

BigDecimal d1 = new BigDecimal("123.4500");
BigDecimal d2 = d1.stripTrailingZeros();
System.out.println(d1.scale()); // 4
System.out.println(d2.scale()); // 2,因为去掉了00

BigDecimal d3 = new BigDecimal("1234500");
BigDecimal d4 = d3.stripTrailingZeros();
System.out.println(d3.scale()); // 0
System.out.println(d4.scale()); // -2

• 如果一个BigDecimal的scale()返回负数，例如，-2，表示这个数是个整数，并且末尾有2个0

可以对一个BigDecimal设置它的scale，如果精度比原始值低，那么按照指定的方法进行四舍五入或者直接截断：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BigDecimal d1 = new BigDecimal("123.456789");
        BigDecimal d2 = d1.setScale(4, RoundingMode.HALF_UP); // 四舍五入，123.4568
        BigDecimal d3 = d1.setScale(4, RoundingMode.DOWN); // 直接截断，123.4567
        System.out.println(d2);
        System.out.println(d3);
    }
}

对BigDecimal做加、减、乘时，精度不会丢失，但是做除法时，存在无法除尽的情况，这时，就必须指定精度以及如何进行截断：

BigDecimal d1 = new BigDecimal("123.456");
BigDecimal d2 = new BigDecimal("23.456789");
BigDecimal d3 = d1.divide(d2, 10, RoundingMode.HALF_UP); // 保留10位小数并四舍五入
BigDecimal d4 = d1.divide(d2); // 报错：ArithmeticException，因为除不尽

还可以对BigDecimal做除法的同时求余数

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BigDecimal n = new BigDecimal("12.345");
        BigDecimal m = new BigDecimal("0.12");
        BigDecimal[] dr = n.divideAndRemainder(m);
        System.out.println(dr[0]); // 102
        System.out.println(dr[1]); // 0.105
    }
}

• 调用divideAndRemainder()方法时，返回的数组包含两个BigDecimal，分别是商和余数，其中商总是整数，余数不会大于除数

比较BigDecimal

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

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

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

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;
}

常用工具类

Math

求绝对值：

Math.abs(-100); // 100
Math.abs(-7.8); // 7.8

取最大或最小值：

Math.max(100, 99); // 100
Math.min(1.2, 2.3); // 1.2

计算xy次方：

Math.pow(2, 10); // 2的10次方=1024

计算√x：

Math.sqrt(2); // 1.414...

计算ex次方：

Math.exp(2); // 7.389...

计算以e为底的对数：

Math.log(4); // 1.386...

计算以10为底的对数：

Math.log10(100); // 2

三角函数：

Math.sin(3.14); // 0.00159...
Math.cos(3.14); // -0.9999...
Math.tan(3.14); // -0.0015...
Math.asin(1.0); // 1.57079...
Math.acos(1.0); // 0.0

Math还提供了几个数学常量：

double pi = Math.PI; // 3.14159...
double e = Math.E; // 2.7182818...
Math.sin(Math.PI / 6); // sin(π/6) = 0.5

生成一个随机数x，x的范围是0 <= x < 1：

Math.random(); // 0.53907... 每次都不一样

如果我们要生成一个区间在[MIN, MAX)的随机数，可以借助Math.random()实现，计算如下：

// 区间在[MIN, MAX)的随机数
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        double x = Math.random(); // x的范围是[0,1)
        double min = 10;
        double max = 50;
        double y = x * (max - min) + min; // y的范围是[10,50)
        long n = (long) y; // n的范围是[10,50)的整数
        System.out.println(y);
        System.out.println(n);
    }
}

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

• 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

HexFormat

要将byte[]数组转换为十六进制字符串，可以用formatHex()方法：

import java.util.HexFormat;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        byte[] data = "Hello".getBytes();
        HexFormat hf = HexFormat.of();
        String hexData = hf.formatHex(data); // 48656c6c6f
    }
}

如果要定制转换格式，则使用定制的HexFormat实例：

// 分隔符为空格，添加前缀0x，大写字母:
HexFormat hf = HexFormat.ofDelimiter(" ").withPrefix("0x").withUpperCase();
hf.formatHex("Hello".getBytes())); // 0x48 0x65 0x6C 0x6C 0x6F

从十六进制字符串到byte[]数组转换，使用parseHex()方法：

byte[] bs = HexFormat.of().parseHex("48656c6c6f");

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
要生成一个随机数，可以使用nextInt()、nextLong()、nextFloat()、nextDouble()：

Random r = new Random();
r.nextInt(); // 2071575453,每次都不一样
r.nextInt(10); // 5,生成一个[0,10)之间的int
r.nextLong(); // 8811649292570369305,每次都不一样
r.nextFloat(); // 0.54335...生成一个[0,1)之间的float
r.nextDouble(); // 0.3716...生成一个[0,1)之间的double

• 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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Random r = new Random(12345);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(r.nextInt(100));
        }
        // 51, 80, 41, 28, 55...
    }
}

• 前面我们使用的Math.random()实际上内部调用了Random类，所以它也是伪随机数，只是我们无法指定种子

SecureRandom

。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 sr = new SecureRandom();
System.out.println(sr.nextInt(100));

SecureRandom无法指定种子，它使用RNG（random number generator）算法

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：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SecureRandom sr = null;
        try {
            sr = SecureRandom.getInstanceStrong(); // 获取高强度安全随机数生成器
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            sr = new SecureRandom(); // 获取普通的安全随机数生成器
        }
        byte[] buffer = new byte[16];
        sr.nextBytes(buffer); // 用安全随机数填充buffer
        System.out.println(Arrays.toString(buffer));
    }
}

SecureRandom的安全性是通过操作系统提供的安全的随机种子来生成随机数。这个种子是通过CPU的热噪声、读写磁盘的字节、网络流量等各种随机事件产生的“熵”

==需要使用安全随机数的时候，必须使用SecureRandom，绝不能使用Random！==