工具类通用的特征

通用特征：

构造器必须是私有的。这样的话，工具类就无法被 new 出来，因为工具类在使用的时候，无需初始化，直接使用即可，所以不会开放出构造器出来
工具类的工具方法必须被 static、final关键字修饰。这样的话就可以保证方法不可变，并且可以直接使用，非常方便。

我们需要注意的是，尽量不在工具方法中，对共享变量有做修改的操作访问（如果必须要做的话，必须加锁），因为会有线程安全的问题。除此之外，工具类方法本身是没有线程安全问题的，可以放心使用。

Array

提供对数组的高效操作：排序、查找、填充、拷贝、相等判断等等

排序

Array.sort方法主要用于排序，入参支持 int、long、double等各种基本类型的数组，也支持自定义类的数组的排序。

@Data
// 自定义类
class SortDTO {
  private String sortTarget;

  public SortDTO(String sortTarget) {
    this.sortTarget = sortTarget;
  }
}

@Test
public void testSort(){
  List<SortDTO> list = ImmutableList.of(
      new SortDTO("300"),
      new SortDTO("50"),
      new SortDTO("200"),
      new SortDTO("220")
  );
  // 我们先把数组的大小初始化成 list 的大小，保证能够正确执行 toArray
  SortDTO[] array = new SortDTO[list.size()];
  list.toArray(array);

  log.info("排序之前：{}", JSON.toJSONString(array));
  Arrays.sort(array, Comparator.comparing(SortDTO::getSortTarget));
  log.info("排序之后：{}", JSON.toJSONString(array));
}
输出结果为：
排序之前：[{"sortTarget":"300"},{"sortTarget":"50"},{"sortTarget":"200"},{"sortTarget":"220"}]
排序之后：[{"sortTarget":"200"},{"sortTarget":"220"},{"sortTarget":"300"},{"sortTarget":"50"}]

从输出的结果中可以看到，排序之后的数组已经是有顺序的了，也可以看到 sort 方法支持两个入参：要排序的数组和外部排序器。

大家都说 sort 方法排序的性能较高，主要原因是 sort 使用了双轴快速排序算法，具体算法就不细说了。

二分查找

Arrays.binarySearch 方法主要用于快速从数组中查找出对应的值。其支持的入参类型非常多，如 byte、int、long 各种类型的数组。返回参数是查找到的对应数组下标的值，如果查询不到，则返回负数。

我们写了一个 demo 如下：

List<SortDTO> list = ImmutableList.of(
    new SortDTO("300"),
    new SortDTO("50"),
    new SortDTO("200"),
    new SortDTO("220")
);

SortDTO[] array = new SortDTO[list.size()];
list.toArray(array);

log.info("搜索之前：{}", JSON.toJSONString(array));
Arrays.sort(array, Comparator.comparing(SortDTO::getSortTarget));
log.info("先排序，结果为：{}", JSON.toJSONString(array));
int index = Arrays.binarySearch(array, new SortDTO("200"),
                    Comparator.comparing(SortDTO::getSortTarget));
if(index<0){
  throw new RuntimeException("没有找到 200");
}
log.info("搜索结果：{}", JSON.toJSONString(array[index]));

输出的结果为：
搜索之前：[{"sortTarget":"300"},{"sortTarget":"50"},{"sortTarget":"200"},{"sortTarget":"220"}]
先排序，结果为：[{"sortTarget":"200"},{"sortTarget":"220"},{"sortTarget":"300"},{"sortTarget":"50"}]
搜索结果：{"sortTarget":"200"}

从上述代码中我们需要注意两点：

如果被搜索的数组是无序的，一定要先排序，否则二分搜索很有可能搜索不到，我们 demo 里面也先对数组进行了排序；
搜索方法返回的是数组的下标值。如果搜索不到，返回的下标值就会是负数，这时我们需要判断一下正负。如果是负数，还从数组中获取数据的话，会报数组越界的错误。demo 中对这种情况进行了判断，如果是负数，会提前抛出明确的异常。

接下来，我们来看下二分法底层代码的实现：

// a：我们要搜索的数组，fromIndex：从那里开始搜索，默认是0； toIndex：搜索到何时停止，默认是数组大小
// key：我们需要搜索的值 c：外部比较器
private static <T> int binarySearch0(T[] a, int fromIndex, int toIndex,
                                     T key, Comparator<? super T> c) {
    // 如果比较器 c 是空的，直接使用 key 的 Comparable.compareTo 方法进行排序
    // 假设 key 类型是 String 类型，String 默认实现了 Comparable 接口，就可以直接使用 compareTo 方法进行排序
    if (c == null) {
        // 这是另外一个方法，使用内部排序器进行比较的方法
        return binarySearch0(a, fromIndex, toIndex, key);
    }
    int low = fromIndex;
    int high = toIndex - 1;
    // 开始位置小于结束位置，就会一直循环搜索
    while (low <= high) {
        // 假设 low =0，high =10，那么 mid 就是 5，所以说二分的意思主要在这里，每次都是计算索引的中间值
        int mid = (low + high) >>> 1;
        T midVal = a[mid];
        // 比较数组中间值和给定的值的大小关系
        int cmp = c.compare(midVal, key);
        // 如果数组中间值小于给定的值，说明我们要找的值在中间值的右边
        if (cmp < 0)
            low = mid + 1;
        // 我们要找的值在中间值的左边
        else if (cmp > 0)
            high = mid - 1;
        else
        // 找到了
            return mid; // key found
    }
    // 返回的值是负数，表示没有找到
    return -(low + 1);  // key not found.
}

二分的主要意思是每次查找之前，都找到中间值，然后拿我们要比较的值和中间值比较，根据结果修改比较的上限或者下限，通过循环最终找到相等的位置索引。

拷贝

数组拷贝我们经常遇到，有时需要拷贝整个数组，有时需要拷贝部分，比如 ArrayList 在 add（扩容）或 remove（删除元素不是最后一个）操作时，会进行一些拷贝。拷贝整个数组我们可以使用copyOf方法，拷贝部分我们可以使用copyOfRange 方法，看一下copyOfRange的底层源码的实现：

// original 原始数组数据
// from 拷贝起点
// to 拷贝终点
public static char[] copyOfRange(char[] original, int from, int to) {
    // 需要拷贝的长度
    int newLength = to - from;
    if (newLength < 0)
        throw new IllegalArgumentException(from + ">" + to);
    // 初始化新数组
    char[] copy = new char[newLength];
    // 调用 native 方法进行拷贝，参数的意思分别是：
    // 被拷贝的数组、从数组那里开始、目标数组、从目的数组那里开始拷贝、拷贝的长度
    System.arraycopy(original, from, copy, 0, Math.min(original.length - from, newLength));
    return copy;
}

从源码中，我们发现，Arrays 的拷贝方法，实际上底层调用的是 System.arraycopy 这个 native 方法，如果你自己对底层拷贝方法比较熟悉的话，也可以直接使用。

Colletcions

Collections 是为了方便使用集合而产生的工具类，Arrays 方便数组使用，Collections 是方便集合使用。

Collections 也提供了 sort 和 binarySearch 方法，sort 底层使用的就是 Arrays.sort 方法，binarySearch 底层是自己重写了二分查找算法，实现的逻辑和 Arrays 的二分查找算法完全一致，这两个方法上 Collections 和 Arrays 的内部实现很类似，接下来我们来看下 Collections 独有的特性。

求集合中最大、小值

提供了 max 方法来取得集合中的最大值， min 方法来取得集合中的最小值， max 和 min方法很相似的，max 提供了两种类型的方法：

需要外部排序器
不需要外部排序器，但需要集合中的元素强制实现 Comparable 接口，后者的泛型定义很有意思，我们来看下：

从这段源码中，我们可以学习到两点：

max 方法泛型 T 定义得非常巧妙，意思是泛型必须继承 Object 并且实现 Comparable 的接口。一般让我们来定义的话，我们可以会在方法里面去判断有无实现 Comparable 的接口，这种是在运行时才能知道结果。而这里泛型直接定义了必须实现 Comparable 接口，在编译的时候就可告诉使用者，当前类没有实现 Comparable 接口，使用起来很友好；
给我们提供了实现两种排序机制的好示例：自定义类实现 Comparable 接口和传入外部排序器。两种排序实现原理类似，但实现有所差别，我们在工作中如果需要些排序的工具类时，可以效仿。

3.2 多种类型的集合

Collections 对原始集合类进行了封装，提供了更好的集合类给我们，一种是线程安全的集合，一种是不可变的集合，针对 List、Map、Set 都有提供，我们先来看下线程安全的集合：

3.2.1 线程安全的集合

线程安全的集合方法都是 synchronized 打头的，如下：

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