Java-System工具類深度解析

前言
一、System 類概述
- 1.1 基本定義與特點
- 1.2 重要成員變量
二、標準輸入輸出功能
- 2.1 標準輸入（System.in）
- 2.2 標準輸出（System.out）
- 2.3 標準錯誤輸出（System.err）
三、系統屬性與環境變量獲取
- 3.1 獲取系統屬性
- 3.2 獲取環境變量
四、其他重要方法
- 4.1 `exit(int status)`
- 4.2 `gc()`
- 4.3 `currentTimeMillis()`
總結

前言

Java中的System工具類是一個不可或缺的存在，它提供了一系列與系統相關的操作方法，涵蓋標準輸入輸出、系統屬性獲取、內存管理等多個重要功能，在開發過程中頻繁被使用。無論是初學者搭建簡單控制臺程序，還是資深開發者進行復雜系統調試與性能優化，都離不開System類的支持。本文我將深入剖析System工具類的各個功能模塊，結合豐富的代碼示例，帶你全面掌握其使用方法與應用場景。

一、System 類概述

1.1 基本定義與特點

System類位于java.lang包下，是 Java 語言中一個特殊的、被final修飾的類，這意味著它不能被繼承。System類中的所有屬性和方法都是static的，因此無需創建System類的實例，直接通過類名調用即可，使用起來非常便捷。它就像是 Java 程序與操作系統之間的橋梁，通過它可以實現對系統資源的訪問與控制。

1.2 重要成員變量

System類包含三個重要的static成員變量：

in：類型為InputStream，代表標準輸入流，通常對應鍵盤輸入。在控制臺程序中，我們常用它來接收用戶輸入的數據，例如通過Scanner類包裝System.in來讀取用戶在控制臺輸入的字符串、數字等。
out：類型為PrintStream，代表標準輸出流，用于將程序的輸出結果顯示在控制臺。我們最常用的System.out.println()方法就是通過這個輸出流將內容打印到控制臺。
err：同樣是PrintStream類型，代表標準錯誤流，用于輸出程序運行過程中產生的錯誤信息。與System.out不同，System.err的輸出通常會優先顯示，并且不受緩沖區的影響，方便開發者快速定位程序中的錯誤。

二、標準輸入輸出功能

2.1 標準輸入（System.in）

通過System.in實現標準輸入時，由于System.in是字節流，在實際使用中，通常會將其包裝成更方便處理的字符流。常見的方式是使用Scanner類或BufferedReader類：

使用 Scanner 類

import java.util.Scanner;public class SystemInExample {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.print("請輸入你的名字: ");String name = scanner.nextLine();System.out.println("你好, " + name + "!");scanner.close();}
}

在上述代碼中，創建Scanner對象并傳入System.in，然后使用nextLine()方法讀取用戶在控制臺輸入的一行字符串。需要注意的是，使用完畢后要調用scanner.close()關閉Scanner，釋放資源。

使用 BufferedReader 類

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;public class BufferedReaderExample {public static void main(String[] args) {try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {System.out.print("請輸入一個整數: ");String input = reader.readLine();int num = Integer.parseInt(input);System.out.println("你輸入的整數是: " + num);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} catch (NumberFormatException e) {System.err.println("輸入格式錯誤，請輸入有效的整數!");}}
}

這里通過InputStreamReader將System.in轉換為字符流，再用BufferedReader包裝，使用readLine()方法讀取輸入，同時對可能出現的IOException和NumberFormatException進行了異常處理。

2.2 標準輸出（System.out）

System.out提供了豐富的輸出方法：

print()：輸出指定內容，不換行。例如System.out.print("Hello");會在控制臺輸出Hello，后續內容會接著輸出。
println()：輸出指定內容并換行。System.out.println("World");輸出World后，光標會移到下一行。
printf()：按照指定格式輸出內容，類似于 C 語言中的printf函數。例如：

public class SystemOutPrintfExample {public static void main(String[] args) {double pi = 3.1415926;System.out.printf("圓周率π約為: %.2f", pi);}
}

上述代碼中，使用printf()方法按照%.2f的格式輸出圓周率pi，保留兩位小數，輸出結果為圓周率π約為: 3.14。

2.3 標準錯誤輸出（System.err）

當程序出現錯誤時，使用System.err輸出錯誤信息有助于快速定位問題：

public class SystemErrExample {public static void main(String[] args) {try {int result = 10 / 0;} catch (ArithmeticException e) {System.err.println("發生錯誤: 除數不能為0");e.printStackTrace(System.err);}}
}

在上述代碼中，由于進行了除以 0 的操作會拋出ArithmeticException異常，通過System.err.println()輸出自定義錯誤提示，e.printStackTrace(System.err)將異常堆棧信息輸出到標準錯誤流，方便開發者查看詳細的錯誤信息。

三、系統屬性與環境變量獲取

3.1 獲取系統屬性

System類提供了getProperties()方法用于獲取系統的所有屬性，返回一個Properties對象；getProperty(String key)方法用于獲取指定屬性的值。常見的系統屬性有：

os.name：操作系統名稱，如Windows 10、Linux等。
user.dir：用戶當前工作目錄。
java.version：Java 運行時環境版本。

import java.util.Properties;public class SystemPropertiesExample {public static void main(String[] args) {// 獲取所有系統屬性Properties properties = System.getProperties();properties.list(System.out);// 獲取指定系統屬性String osName = System.getProperty("os.name");System.out.println("操作系統名稱: " + osName);String javaVersion = System.getProperty("java.version");System.out.println("Java版本: " + javaVersion);}
}

上述代碼先使用getProperties()獲取所有系統屬性并打印，再通過getProperty()分別獲取操作系統名稱和 Java 版本并輸出。

3.2 獲取環境變量

可以使用System.getenv()方法獲取所有環境變量，返回一個Map；System.getenv(String name)方法獲取指定名稱的環境變量值。例如，獲取系統的PATH環境變量：

import java.util.Map;public class SystemEnvExample {public static void main(String[] args) {// 獲取所有環境變量Map<String, String> envMap = System.getenv();for (Map.Entry<String, String> entry : envMap.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + " = " + entry.getValue());}// 獲取指定環境變量String path = System.getenv("PATH");System.out.println("PATH環境變量: " + path);}
}

這段代碼先遍歷輸出所有環境變量，再獲取并輸出PATH環境變量的值。

四、其他重要方法

4.1 `exit(int status)`

該方法用于終止當前運行的 Java 虛擬機。參數status表示程序的退出狀態，一般status = 0表示正常退出，非 0 值表示異常退出。例如：

public class SystemExitExample {public static void main(String[] args) {boolean isError = false;// 模擬某種條件判斷if (isError) {System.err.println("程序出現錯誤，即將退出...");System.exit(1);}System.out.println("程序正常運行結束");}
}

當isError為true時，程序輸出錯誤信息后調用System.exit(1)異常退出；否則正常輸出信息后結束程序。

4.2 `gc()`

System.gc()方法用于請求 Java 虛擬機進行垃圾回收。需要注意的是，調用該方法只是發出垃圾回收請求，虛擬機不一定立即執行垃圾回收操作，具體執行由虛擬機的垃圾回收機制決定。

public class SystemGcExample {public static void main(String[] args) {// 創建一些對象，占用內存for (int i = 0; i < 100000; i++) {new Object();}System.gc();System.out.println("已請求垃圾回收");}
}

上述代碼創建了大量對象占用內存后，調用System.gc()請求垃圾回收。

4.3 `currentTimeMillis()`

System.currentTimeMillis()方法返回當前時間與協調世界時 1970 年 1 月 1 日午夜之間的時間差，以毫秒為單位。常用于計算程序執行時間、生成時間戳等場景。

public class SystemTimeMillisExample {public static void main(String[] args) {long startTime = System.currentTimeMillis();// 模擬一段耗時操作for (int i = 0; i < 100000000; i++) {// 空循環}long endTime = System.currentTimeMillis();long elapsedTime = endTime - startTime;System.out.println("程序執行耗時: " + elapsedTime + " 毫秒");}
}