Java程序员必收藏：String、ArrayList等核心类的深度剖析与最佳实践

在Java编程中，熟练掌握常用类是提升开发效率的关键。本文将深入解析Java中最核心的10个常用类，包括它们的底层实现、使用场景和性能优化技巧。

一、String类：不可变性的艺术

String是Java中最常用的类之一，其不可变性设计带来了线程安全和缓存优势。通过String Pool机制，相同的字符串字面量会共享内存。但要注意，频繁字符串拼接应使用StringBuilder（非线程安全）或StringBuffer（线程安全）。

// 错误示范：循环内字符串拼接
String result = "";
for(int i=0; i<10000; i++){
    result += i; // 每次循环创建新对象
}

// 正确做法
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for(int i=0; i<10000; i++){
    sb.append(i);
}

二、集合框架：ArrayList vs LinkedList

ArrayList基于动态数组实现，随机访问效率高（O(1)），但插入删除性能较差。LinkedList采用双向链表，插入删除快（O(1)），但随机访问需要遍历（O(n)）。

性能对比实验：
在100万数据量下：
- ArrayList的get操作比LinkedList快1000倍
- 但头部插入操作LinkedList比ArrayList快10000倍

三、HashMap：哈希表的精妙实现

Java8中的HashMap引入红黑树优化，当链表长度超过8时转为树结构。关键参数：
- 初始容量（默认16）
- 负载因子（默认0.75）

// 优化HashMap初始化
Map<String, Integer> map = new HashMap<>(expectedSize); // 避免扩容

四、日期时间API

Java8推出的java.time包解决了旧Date类的缺陷：
- LocalDate：只含日期
- LocalTime：只含时间
- LocalDateTime：日期+时间
- ZonedDateTime：带时区

五、IO类：Files的现代用法

Java7引入的Files类简化了文件操作：

// 读取所有行
List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("file.txt"));

// 遍历大文件
try(Stream<String> stream = Files.lines(path)){
    stream.forEach(System.out::println);
}

六、Optional：优雅处理null

避免NPE的利器：

Optional.ofNullable(user)
    .map(User::getAddress)
    .map(Address::getCity)
    .orElse("Unknown");

七、Objects工具类

提供安全的对象操作：
- equals：避免空指针
- requireNonNull：参数校验

八、Collections工具类

包含各种集合算法：
- sort：排序
- binarySearch：二分查找
- synchronizedXXX：创建线程安全集合

九、Arrays类

数组操作工具：
- asList：数组转列表（注意返回的是固定大小列表）
- parallelSort：并行排序

十、System类

系统级操作：
- arraycopy：高效数组复制
- currentTimeMillis：获取时间戳

性能优化总结

1. 预估集合大小，避免扩容
2. 根据场景选择合适集合
3. 使用Stream API简化代码
4. 优先使用不可变对象
5. 注意自动装箱开销

掌握这些常用类的底层原理和使用技巧，能显著提升Java程序的性能和可维护性。建议收藏本文作为日常开发的参考手册。