java System类

java.lang.System 是 Java 核心类库中的一个工具类，提供了一系列与系统环境、输入输出、时间、属性等相关的静态方法。它在 Java 程序中使用极为频繁，是开发者必须掌握的基础类之一。

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一、核心概念

1. 类定义

• 包路径：java.lang.System
• 访问修饰：public final class System
• 不可继承：final 类，不能被继承
• 无实例：构造方法为私有，不能实例化
• 静态方法为主：所有方法均为 static，直接通过类名调用

2. 核心功能

• 标准输入/输出/错误流（in, out, err）
• 系统属性与环境变量（getProperty, getenv）
• 时间与计时（currentTimeMillis, nanoTime）
• 数组复制（arraycopy）
• JVM 操作（exit, gc, runFinalization）
• 系统信息（getProperties, lineSeparator）

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二、操作步骤（详细）

1. 使用标准输入流读取用户输入

步骤：

1. 导入 java.util.Scanner
2. 创建 Scanner 实例，传入 System.in
3. 调用 nextXXX() 方法读取不同类型数据
4. 使用后关闭 Scanner

import java.util.Scanner;

public class InputExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 步骤1：创建 Scanner 对象
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        // 步骤2：提示用户输入
        System.out.print("请输入姓名：");
        
        // 步骤3：读取字符串
        String name = scanner.nextLine();
        
        System.out.print("请输入年龄：");
        // 步骤4：读取整数
        int age = scanner.nextInt();
        
        // 步骤5：输出结果
        System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
        
        // 步骤6：关闭资源
        scanner.close();
    }
}

⚠️ 注意：nextInt() 不会读取换行符，后续 nextLine() 会立即返回空字符串，建议使用 nextLine() 读取后转换类型。

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2. 输出信息到控制台

步骤：

1. 使用 System.out.println() 输出并换行
2. 使用 System.out.print() 输出不换行
3. 使用 System.out.printf() 格式化输出

public class OutputExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 步骤1：输出字符串
        System.out.println("Hello, World!");
        
        // 步骤2：不换行输出
        System.out.print("Java ");
        System.out.print("Programming\n");
        
        // 步骤3：格式化输出
        String name = "Alice";
        int score = 95;
        System.out.printf("学生：%s，成绩：%d%n", name, score);
    }
}

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3. 获取系统属性

步骤：

1. 调用 System.getProperty(key)
2. 可选：提供默认值 System.getProperty(key, defaultValue)
3. 常用属性键名：

public class PropertyExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 步骤1：获取 Java 版本
        String javaVersion = System.getProperty("java.version");
        System.out.println("Java 版本：" + javaVersion);
        
        // 步骤2：获取操作系统名称
        String osName = System.getProperty("os.name");
        System.out.println("操作系统：" + osName);
        
        // 步骤3：获取用户主目录
        String userHome = System.getProperty("user.home");
        System.out.println("用户主目录：" + userHome);
        
        // 步骤4：获取自定义属性（启动时设置：-Dmy.app.name=MyApp）
        String appName = System.getProperty("my.app.name", "DefaultApp");
        System.out.println("应用名称：" + appName);
    }
}

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4. 获取环境变量

步骤：

1. 使用 System.getenv() 获取所有环境变量（Map）
2. 使用 System.getenv(key) 获取单个变量

import java.util.Map;

public class EnvExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 步骤1：获取 PATH 环境变量
        String path = System.getenv("PATH");
        System.out.println("PATH: " + path);
        
        // 步骤2：获取所有环境变量
        Map<String, String> env = System.getenv();
        for (String key : env.keySet()) {
            System.out.println(key + " = " + env.get(key));
        }
    }
}

⚠️ 注意：Windows 与 Linux 环境变量名大小写敏感性不同。

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5. 测量代码执行时间

步骤（推荐使用 nanoTime）：

1. 调用 System.nanoTime() 记录开始时间
2. 执行目标代码
3. 再次调用 System.nanoTime() 记录结束时间
4. 计算差值

public class TimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 步骤1：记录开始时间（纳秒）
        long startTime = System.nanoTime();
        
        // 步骤2：执行耗时操作
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            Math.sqrt(i);
        }
        
        // 步骤3：记录结束时间
        long endTime = System.nanoTime();
        
        // 步骤4：计算耗时（毫秒）
        long durationMs = (endTime - startTime) / 1_000_000;
        System.out.println("执行耗时：" + durationMs + " 毫秒");
    }
}

✅ 使用 nanoTime 而非 currentTimeMillis，因为前者精度更高，不受系统时钟调整影响。

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6. 数组复制（高效方式）

步骤：

1. 调用 System.arraycopy()
2. 指定源数组、源位置、目标数组、目标位置、长度

public class ArrayCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] src = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] dest = new int[5];
        
        // 步骤1：复制整个数组
        System.arraycopy(src, 0, dest, 0, src.length);
        
        // 步骤2：复制部分元素（从索引2开始，复制3个）
        int[] partial = new int[3];
        System.arraycopy(src, 2, partial, 0, 3);
        
        // 输出验证
        System.out.println("完整复制：" + java.util.Arrays.toString(dest));
        System.out.println("部分复制：" + java.util.Arrays.toString(partial));
    }
}

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7. 正常退出 JVM

步骤：

1. 调用 System.exit(status)
2. status = 0 表示正常退出
3. status ≠ 0 表示异常退出

public class ExitExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 正常逻辑
            System.out.println("程序执行中...");
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("发生错误：" + e.getMessage());
            // 步骤：异常退出
            System.exit(1);
        }
        
        // 步骤：正常退出
        System.exit(0);
    }
}

⚠️ 注意：System.exit() 会终止整个 JVM，慎用于 Web 应用或容器环境。

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三、常见错误

错误	原因	解决方案
NullPointerException 使用 System.out	JVM 未正确初始化或 out 被重定向为 null	检查 JVM 状态，避免手动设置 System.setOut(null)
读取输入时跳过数据	nextInt()/nextDouble() 不读取换行符	使用 nextLine() 读取后转换，或在 nextInt() 后调用 nextLine() 清空缓冲区
SecurityException 调用 exit()	安全管理器禁止退出	检查安全管理器策略，或在受限环境中避免使用
时间测量不准确	使用 currentTimeMillis()	改用 System.nanoTime()
数组复制越界	源/目标位置 + 长度 超出数组边界	检查数组长度和参数范围

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四、注意事项

1. System 类不可实例化：直接调用静态方法。
2. out 和 err 是打印流：System.out 用于正常输出，System.err 用于错误信息（通常红色显示）。
3. 线程安全：System.out.println() 是线程安全的，但多线程输出可能交错。
4. 重定向流：可通过 System.setIn(), System.setOut(), System.setErr() 重定向流（如重定向到文件）。
5. 环境变量 vs 系统属性：
   • 环境变量：由操作系统设置，全局有效
   • 系统属性：JVM 启动时设置（-Dkey=value），或通过代码设置
6. gc() 不保证立即执行：调用 System.gc() 仅建议 JVM 进行垃圾回收，不强制执行。

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五、使用技巧

1. 快速获取换行符：

   String lineSep = System.lineSeparator(); // 比 "\n" 更跨平台
   

2. 批量设置系统属性：

   System.setProperty("http.proxyHost", "proxy.example.com");
   System.setProperty("http.proxyPort", "8080");
   

3. 临时重定向输出：

   PrintStream originalOut = System.out;
   System.setOut(new PrintStream("output.log"));
   System.out.println("这将写入文件");
   System.setOut(originalOut); // 恢复
   

4. 性能测试模板：

   long start = System.nanoTime();
   // 代码块
   long elapsed = System.nanoTime() - start;
   System.out.printf("耗时: %.3f ms%n", elapsed / 1_000_000.0);
   

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六、最佳实践与性能优化

1. 优先使用 nanoTime 进行性能测量：

   • 高精度、单调递增、不受系统时钟调整影响。

2. 避免在循环中频繁调用 System.out.println：

   • 大量输出时，考虑使用 StringBuilder 缓冲后一次性输出。

3. 使用 arraycopy 替代手动循环复制：

   • System.arraycopy() 是本地方法，性能远高于 Java 循环。

4. 错误信息使用 System.err：

   • 便于用户区分正常输出与错误信息，尤其在重定向时。

5. 合理使用系统属性配置应用：

   • 启动时通过 -Dconfig.file=path/to/config.properties 传递配置。

6. 避免滥用 System.exit()：

   • 在 Web 应用、微服务中应抛出异常或返回错误码，由容器处理。

7. 环境变量用于敏感信息：

   • 如数据库密码、API 密钥，避免硬编码。

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总结

System 类是 Java 开发的基石工具，掌握其核心方法和最佳实践，能显著提升开发效率和程序健壮性。重点掌握：

• 标准 I/O 流的使用
• 系统属性与环境变量的获取
• 高精度时间测量
• 高效数组复制
• 安全的 JVM 退出