从零开始学Java之初学者需要知道的几个常用Java类
作者：孙玉昌，昵称【一一哥】，另外【壹壹哥】也是我哦
千锋教育高级教研员、CSDN博客专家、万粉博主、阿里云专家博主、掘金优质作者
前言
我们在解决实际问题时，除了经常需要对数字、日期、时间进行操作之外，有时候还需要对系统进行设置，另外还需要生成一些随机数字。那么我们又该如何实现这些需求呢？接下来壹哥会带着大家来学习一下Java中的另几个常用类，包括System、Random、SecureRandom等。
------------------------------前戏已做完，精彩即开始----------------------------
全文大约【4000】 字，不说废话，只讲可以让你学到技术、明白原理的纯干货！本文带有丰富的案例及配图视频，让你更好地理解和运用文中的技术概念，并可以给你带来具有足够启迪的思考......
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一. System类
1. 简介
System类位于java.lang包中，代表着当前Java程序的运行平台，系统级的很多属性和控制方法都放在该类中。 由于该类的构造方法是private的，所以我们无法直接通过new的方式来创建该类的对象。System类提供了一些静态变量和静态方法，允许我们直接通过System类来调用这些类变量和类方法。在System类中，虽然有挺多的静态变量和方法，但对我们来说，只需记住一些常用的即可。
1.1 常用静态变量
System类中常用的静态变量有如下几个：
- PrintStream out： 标准输出流；
- InputStream in：标准输入流；
- PrintStream err：标准错误输出流；
1.2 常用静态方法
System类中常用的静态方法有如下几个：
- currentTimeMillis()：返回当前的计算机时间；
- exit()： 终止当前正在运行的 Java 虚拟机；
- gc()： 请求系统进行垃圾回收，完成内存中的垃圾清除；
- getProperty()： 获得系统中属性名为 key 的属性对应的值；
- arraycopy()：进行数组复制，即从指定源数组中复制一个数组。
接下来壹哥就把以上这些静态变量和静态方法的基本使用，给大家简要介绍一下。
2. 静态变量的使用
首先我们来看看System类中几个常用静态变量该如何使用。
2.1 out
out静态变量属于PrintStream类型，是System类中的标准输出流，用于接收要输出的数据。out中的数据内容通常会输出到显示器，或用户指定的某个输出目标。其实对我们来说，out并不陌生，可以说在我们之前的案例中经常使用，尤其是out中的print方法，最近我们一直在使用。但我们要搞清楚，print属于PrintStream流的方法，并不是 System类的方法。
//输出字符串不换行
System.out.print("Hello World");
//输出字符串并换行
System.out.println("Hello World");
2.2 in
in静态变量属于InputStream类型，是System类中的标准输入流，用于接收输入的数据。in通常是对应着键盘的输入，或是用户指定的另一个输入源。我们在之前的案例中，也简单使用过in常量，但它没有out用的那么频繁。
import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//in的用法
//用法1：配合Scanner,作为它的参数
System.out.println("请输入内容:");
Scanner scanner=new Scanner(System.in);
String content = scanner.next();
System.out.println("content="+content);
//用法2：挨个读取输入的每个字符
System.out.println("请输入内容,按回车键结束输入:");
int c;
try {
//读取输入的每个字符
c = System.in.read();
// 判断输入的字符是不是回车键
while(c != '\r') {
//输出字符
System.out.print((char) c);
c = System.in.read();
}
} catch(IOException e) {
//捕获异常，壹哥以后会给大家专门讲解异常类
System.out.println(e.toString());
}
}
}
上面的这个案例，System.in.read()语句可以读入一个字符，read()方法是InputStream类拥有的方法。变量c必须用 int 类型，而不能用char类型，否则可能会丢失精度而导致编译失败。另外上面的程序，如果输入的是汉字将不能正常输出。如果我们想正常输出汉字，需要把 System.in声明为 InputStreamReader类型的实例。比如InputStreamReader in=new InputStreamReader(System.in,"GB2312")，此时就可以读入完整的Unicode码，才能显示正常的汉字。
2.3 err
err静态变量属于PrintStream类型，是System类中的标准错误输出流，用于接收要输出的数据。err中的数据内容通常会输出到显示器，或用户指定的某个输出目标。其用法与System.out一样，只是不需要我们提供参数就可以输出错误信息，也可以用来输出用户指定的其他信息，包括一些变量的值。
//err的用法
System.err.println();
//输出指定的内容
System.err.println("错误信息");
以上这几个静态变量都很简单，大家记住其用法即可。
3. 静态方法的使用
接下来壹哥再跟大家说说System类中的几个常用静态方法的用法。
3.1 currentTimeMillis()方法
currentTimeMillis()方法用于返回当前计算机的时间戳，时间格式是当前计算机的时间与GMT时间(格林尼治时间)，自1970年 1月 1日 0时 0分 0秒以来所经历的毫秒数，我们一般用它来测试程序的执行时间。通过调用currentTimeMillis()方法，我们可以获得一个长整型的数字，该数字是以差值表达的当前时间。其实currentTimeMillis()方法我们在之前的文章中已经详细讲解过，这里壹哥就不再细说了。
long time = System.currentTimeMillis();
3.2 exit()方法
exit()方法用于终止当前正在运行的Java虚拟机，也就是可以用于退出程序。该方法需要一个整型的status参数，0表示正常退出，非零表示异常退出。我们使用该方法，可以在图形界面编程中实现程序的退出功能。该方法的用法如下：
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//exit的用法
try {
//睡眠5秒
Thread.sleep(5000);
//5秒后正常退出程序
System.exit(0);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
3.3 gc()方法
gc()方法用于请求对系统主动进行垃圾回收，完成内存中的垃圾清除。但系统是否会立刻回收这些垃圾，却取决于系统中垃圾回收算法的具体实现，以及系统执行时的具体情况。一般我们在开发时不会主动调用该方法，有时候调用了也未必有效果。
//主动进行垃圾回收
System.gc();
3.4 getProperty()方法
getProperty()方法可以根据指定的key，获得系统中对应的某些属性值，系统中常见的属性名及其属性如下表所示：
| 属性名 | 属性说明 |
|---|---|
| java.version | Java 运行时环境版本 |
| java.home | Java 安装目录 |
| os.name | 操作系统的名称 |
| os.version | 操作系统的版本 |
| user.name | 用户的账户名称 |
| user.home | 用户的主目录 |
| user.dir | 用户的当前工作目录 |
public class Demo03 {
public static void main(String[] args) {
//getProperty的用法
//获取java版本
String version = System.getProperty("java.version");
System.out.println("Java版本:"+version);
//获取java安装目录
String home = System.getProperty("java.home");
System.out.println("Java目录:"+home);
//系统名称
String name = System.getProperty("os.name");
System.out.println("操作系统名称:"+name);
//用户名称
String user = System.getProperty("user.name");
System.out.println("当前用户名称:"+user);
}
}
3.5 arraycopy()
arraycopy()方法用于数组复制，可以从指定的源数组中复制出一个数组，复制会从指定的位置开始，到目标数组的指定位置结束。arraycopy()方法一般有5个参数，其中，src表示源数组，srcPos表示从源数组中复制的起始位置，dest表示目标数组，destPos表示要复制到的目标数组的起始位置，length表示复制的个数。
public class Demo04 {
public static void main(String[] args) {
//arraycopy的用法
//源数组
char[] srcArray = {'A','B','C','D'};
//目标数组
char[] destArray = {'1','2','3','4','5'};
//进行数组复制
System.arraycopy(srcArray,1,destArray,1,2);
System.out.println("遍历源数组:");
for(int i = 0;i < srcArray.length;i++) {
System.out.println("源数组中的每个元素:"+srcArray[i]);
}
System.out.println("遍历目标数组:");
for(int j = 0;j < destArray.length;j++) {
System.out.println("新数组中的每个元素:"+destArray[j]);
}
}
}
二. Random随机类
1. 简介
我们在开发时，除了操作一些固定的数字之外，有时候还要操作一些不确定的随机数。Java中给我们提供了两种生成指定范围内随机数的方法：
- 使用Random类：伪随机数类， 用来创建伪随机数。所谓伪随机数，就是指我们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；
- 调用Math类的random()方法： Math.random()内部其实是在调用Random类，它也是伪随机数，但我们无法指定种子。
Random类为我们提供了比较丰富的随机数生成方法，比如nextInt()、nextLong()、nextFloat()、nextDouble()等方法 。这些方法可以产生boolean、int、long、float、byte数组以及double类型的随机数，这是它比random()方法更好的地方，random()方法只能产生0~1之间的double类型随机数。
而且Random类提供的所有方法，生成的随机数字都是均匀分布的，也就是说区间内部的数字生成的概率是均等的。 Random类位于java.util包中，该类有如下两个常用的构造方法：
- Random()：默认利用当前系统的时间戳作为种子数，使用该种子数构造出Random对象。
- Random(long seed)：使用单个的long类型参数，创建一个新的随机数生成器。
2. 常用API方法
在Random类中，有如下一些常用的API方法供我们操作随机数：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| boolean nextBoolean() | 生成一个随机的 boolean 值，生成 true 和 false 的值概率相等 |
| double nextDouble() | 生成一个随机的 double 值，数值介于 [0,1.0)，含 0 而不包含 1.0 |
| int nextlnt() | 生成一个随机的 int 值，该值介于 int 的区间，也就是 -231~231-1。如果 需要生成指定区间的 int 值，则需要进行一定的数学变换 |
| int nextlnt(int n) | 生成一个随机的 int 值，该值介于 [0,n)，包含 0 而不包含 n。如果想生成 指定区间的 int 值，也需要进行一定的数学变换 |
| void setSeed(long seed) | 重新设置 Random 对象中的种子数。设置完种子数以后的 Random 对象 和相同种子数使用 new 关键字创建出的 Random 对象相同 |
| long nextLong() | 返回一个随机长整型数字 |
| boolean nextBoolean() | 返回一个随机布尔型值 |
| float nextFloat() | 返回一个随机浮点型数字 |
| double nextDouble() | 返回一个随机双精度值 |
3. 基本用法
接下来壹哥通过一个案例，来给大家讲解一下上述方法该如何使用。
import java.util.Random;
/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo07 {
public static void main(String[] args) {
// 随机类生成随机数
Random r = new Random();
// 生成[0,1.0]区间的小数
double d1 = r.nextDouble();
System.out.println("d1="+d1);
// 生成[0,10.0]区间的小数
double d2 = r.nextDouble() * 10;
System.out.println("d2="+d2);
// 生成[0,10]区间的整数
int i1 = r.nextInt(10);
System.out.println("i1="+i1);
// 生成[0,25)区间的整数
int i2 = r.nextInt(30) - 5;
System.out.println("i2="+i2);
// 生成一个随机长整型值
long l1 = r.nextLong();
System.out.println("l1="+l1);
// 生成一个随机布尔型值
boolean b1 = r.nextBoolean();
System.out.println("b1="+b1);
// 生成一个随机浮点型值
float f1 = r.nextFloat();
System.out.println("f1="+f1);
}
}
但是我们从上面的案例中，会发现每次生成的随机数可能都是不同的，并没有体现出伪随机数的特性，这是为什么呢？其实这是因为我们创建Random实例时，如果没有给定种子，默认是使用系统的当前时间戳作为种子。因此每次运行时，种子都不同，所以得到的伪随机数序列就不同。如果我们在创建Random实例时指定一个固定的种子，就会得到完全确定的随机数序列。
4. 配套视频
与本节内容配套的视频链接如下：
player.bilibili.com/player.html…
三. SecureRandom类
1. 简介
壹哥在前面给大家说过，Random是一种伪随机数类。这时候就有小伙伴问了，那有没有真随机数类呢？当然是有的！
SecureRandom就是一种真随机数！从原理来看，SecureRandom内部使用了RNG(Random Number Generator，随机数生成)算法，来生成一个不可预测的安全随机数。但在JDK的底层，实际上SecureRandom也有多种不同的具体实现。有的是使用安全随机种子加上伪随机数算法来生成安全的随机数，有的是使用真正的随机数生成器来生成随机数。实际使用时，我们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。但不管哪种情况， 我们都 无法指定种子。
因为这个种子是通过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” ，所以这个种子理论上是不可能会重复的。这也就保证了SecureRandom的安全性，所以最终生成的随机数就是安全的真随机数。
尤其是在密码学中，安全的随机数非常重要。如果我们使用不安全的伪随机数，所有加密体系都将被攻破。因此，为了保证系统的安全，我们尽量使用SecureRandom来产生安全的随机数。
2. 基本使用
SecureRandom给我们提供了nextBoolean()、nextBytes()、nextDouble()、nextFloat()、nextInt()等随机数生成方法，如下图所示：
接下来我们就通过一个案例，来看看到底该如何生成一个安全的随机数。
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Arrays;
public class Demo05 {
public static void main(String[] args) {
//SecureRandom真随机数的用法
SecureRandom sr = null;
try {
//获取高强度安全随机数生成器实例对象
sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
//处理异常，获取普通的安全随机数生成器
sr = new SecureRandom();
}
//生成16个随机数
byte[] buffer = new byte[16];
//用安全随机数填充buffer
sr.nextBytes(buffer);
System.out.println("随机数="+Arrays.toString(buffer));
//生成100以内的随机整数
int nextInt = sr.nextInt(100);
System.out.println("随机数="+nextInt);
}
}
------------------------------正片已结束，来根事后烟----------------------------
四. 结语
至此，壹哥就把与系统类、伪随机数、真随机数等相关的类给大家介绍完了，这样我们就把开发时的一些常见类介绍完毕了。今天的重点内容是：
- System：代表着当前 Java 程序的运行平台，系统级的很多属性和控制方法都放在该类中；
- Random：生成伪随机数；
- SecureRandom：生成安全的真随机数。
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