Java字符串

目录

一、String类

1. 概述

2. 创建方式

(1)直接赋值

(2)使用new关键字

3. 性能优化

4. 常用方法

(1)==

(2)equals()

(3)concat()

二、StringBuilder类

1. 概述

2. 核心特性

3. 常用方法

(1)append

(2)insert

(3)delete

(4)reverse

(5)toString

4. 性能优化技巧

(1)预设容量(Pre-sizing)

(2)链式调用优化(Method Chaining)

(3)避免循环内重复创建

(4)批量操作替代单个操作

三、StringBuffer类

1. 概述

2. 核心特性

3. 适用场景

四、StringJoiner类

1. 概述

2. 核心特性

3. 基本构造方式

4. 常用方法

(1)add

(2)merge

(3)toString

五、字符串拼接的底层原理

1. 使用+操作符拼接

(1)没有变量（纯字面量拼接）

(2)有变量（涉及变量拼接）

2. 使用String.concat()方法

3. 使用StringBuilder或StringBuffer

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Java中的字符串处理类包括String、StringBuilder、StringBuffer和StringJoiner等，它们各自有不同的特性和底层实现原理。

一、String类

1. 概述

String类位于java.lang包中，是Java中最基础的字符串类，其底层是一个被final修饰的字符数组char[] value（ JDK9及之后，为了节省内存空间，改为使用byte[]数组存储字符 ），这意味着一旦创建，其内容不可更改。这种不可变性使得String在多线程环境下是安全的，但同时也带来了性能开销，因为每次修改都需要创建新的对象。

2. 创建方式

(1)直接赋值

比如 String s = "abc"; 。当使用双引号直接赋值时，系统会检查该字符串在串池中是否存在，如果不存在就创建新的字符串，如果存在就复用。

(2)使用new关键字

比如 String s = new String("abc"); 。这种方式会创建新的字符串对象，每new一次就会在堆内存里开辟一块新的空间并创建新的对象，占用额外的内存。

常用构造方法

• String()：创建一个空字符串。

• String(String original)：根据传入的字符串创建一个新的字符串对象。

• String(char[] value)：根据字符数组创建一个新的字符串对象。

 public static void main(String[] args) {char[] chars = {'a', 'b', 'c', 'd'};String s = new String(chars);System.out.println(s);  // abcd}

• String(byte[] bytes, Charset charset)：根据字节数组和指定的字符集创建一个新的字符串对象。

 public static void main(String[] args) {byte[] bytes = {97, 98, 99, 100};String s = new String(bytes);System.out.println(s);  // abcd}

3. 性能优化

• 使用字符串常量池避免重复创建相同字符串。

• 避免频繁修改字符串，因为每次修改都会导致新对象的创建。

4. 常用方法

(1)==

如果是基本数据类型， == 比较的是数据值；如果是引用数据类型， == 比较的是地址值。字符串是引用数据类型，所以比较的是地址值。

 public static void main(String[] args) {String s1 = new String("abc");  // s1记录的是堆里面的地址值String s2 = "abc";  // s2记录的是串池中的地址值System.out.println(s1 == s2);  // false}

(2)equals()

equals() 比较的是字符串内容。如果要忽略大小写的比较，可以使用 equalsIgnoreCase() 。

 public static void main(String[] args) {String s1 = new String("abc");String s2 = "abc";System.out.println(s1.equals(s2));  // true}

(3)concat()

concat() 方法会创建一个新的字符串对象，效率较低。

二、StringBuilder类

1. 概述

StringBuilder是可变字符串类（可以看作一个容器），其底层同样是一个字符数组（char[] value），但与String不同的是，它允许动态修改内容，因此比String更高效。

2. 核心特性

1. 可变性(Mutable) ：内容可被修改而不产生新对象。

2. 非线程安全(Not Thread-Safe) ：比线程安全的StringBuffer性能更高。

3. 动态扩容(Dynamic Expansion) ：自动增加内部缓冲区容量。

4. 高效操作(Efficient Operations) ：避免频繁内存分配。

3. 常用方法

(1)append

 StringBuilder sb = new StringBuilder("abc");​// 基本类型追加（自动转换为字符串）sb.append(def)sb.append(123)sb.append(2.5)sb.append(true)​// 对象追加（调用toString()）sb.append(Object obj)​// 子串追加（支持偏移量）sb.append(char[] str, int offset, int len)sb.append(CharSequence s, int start, int end)

(2)insert

 sb.insert(int offset, boolean b)sb.insert(int offset, char c)sb.insert(int offset, int i)sb.insert(int offset, Object obj)

(3)delete

 sb.delete(int start, int end)  // 删除[start,end)区间内容  sb.deleteCharAt(int index)  // 删除指定位置字符  

(4)reverse

 sb.reverse()  // 原地反转字符序列  

(5)toString

 String str = sb.toString();  // 转换为不可变字符串

4. 性能优化技巧

(1)预设容量(Pre-sizing)

 // 预估最终长度设置初始容量  StringBuilder sb=new StringBuilder(1024); 

(2)链式调用优化(Method Chaining)

 sb.append("a").append("b").append("c").reverse().toString();

(3)避免循环内重复创建

 // 错误示范（每次循环都新建）for(...){ sb=new StringBuilder(); }​// 正确做法（复用同一个）StringBuilder sb=new StringBuilder();for(...){ sb.setLength(0); }

(4)批量操作替代单个操作

 // 低效方式  for(char c:chars){ sb.append(c); }​// 高效方式  sb.append(chars);

三、StringBuffer类

1. 概述

StringBuffer 与 StringBuilder 非常相似，但是其特点是线程安全。因为其方法被 synchronized 修饰，这使得它适用于多线程环境，但因此带来了性能开销。

2. 核心特性

• 线程安全(Thread-Safe) ：所有公开方法都使用 synchronized 。

• 可变性(Mutable) ：内容可被修改而不产生新对象。

• 动态扩容(Dynamic Expansion) ：自动增加内部缓冲区容量。

• 兼容性(Compatibility) ：从Java1.0开始就存在。

3. 适用场景

适用于多线程环境下需要修改字符串的场景。在多线程环境下使用时，可以避免锁竞争问题，但在单线程环境下不如StringBuilder高效。

四、StringJoiner类

1. 概述

StringJoiner 是Java8引入的一个专门用于构造由分隔符分隔的字符序列的工具类，它简化了集合元素连接、CSV格式生成等常见场景下的字符串拼接操作。

2. 核心特性

• 分隔符控制(Delimiter) ：可指定固定分隔符连接元素。

• 前后缀支持(Prefix/Suffix) ：可为结果添加统一的前后缀。

• 空值处理(Null Handling) ：提供灵活的空元素处理策略。

• 链式调用(Fluent API) ：支持方法链式调用风格。

3. 基本构造方式

 // 仅指定分隔符（无前后缀）new StringJoiner(",")​// 完整构造（带前后缀）new StringJoiner(",", "[", "]")

4. 常用方法

(1)add

 StringJoiner sj = new StringJoiner(",");​// 添加单个元素（支持任意CharSequence）sj.add("A").add("B").add("C");​// 添加多个元素的快捷方式（Java8+）List<String> list = Arrays.asList("X","Y","Z");list.forEach(joiner::add);

(2)merge

 // 合并另一个StringJoiner的内容（忽略其前后缀）StringJoiner sj1 = new StringJoiner(",", "[", "]");StringJoiner sj2 = new StringJoiner(",", "[", "]");sj1.add("A").add("B");sj2.add("X").add("Y");sj1.merge(sj2);System.out.println(sj1);  // 输出：[A,B,X,Y]

(3)toString

 String str = sj1.toString();System.out.println(str);  // 输出：[A,B,X,Y]

五、字符串拼接的底层原理

1. 使用+操作符拼接

(1)没有变量（纯字面量拼接）

当拼接的内容全部是字符串字面量时，Java编译器会在编译阶段直接将其优化为一个常量字符串，优化后的字符串会被存储在字符串常量池中，避免运行时创建额外的对象。

 String result = "Hello" + "World";// 上述代码会被编译器优化为：String result = "HelloWorld";

性能特点：

• 高效：由于编译期优化，运行时无需创建StringBuilder对象，性能最佳。

• 内存节省：字符串直接存储在常量池中，减少内存开销。

(2)有变量（涉及变量拼接）

当拼接的内容包括变量时：JDK8以前，系统底层会创建一个StringBuilder对象，依次调用append()方法将每个字符串片段添加到StringBuilder对象中，然后调用toString()方法将StringBuilder对象转换为String对象，而toString()方法的底层是直接new了一个字符串对象。JDK8及以后，系统会预估字符串拼接之后的总大小，把要拼接的内容都放在数组里，本质上也是产生了一个新的字符串。

 String str1 = "Hello";String str2 = "World";String result = str1 + str2;// 上述代码会被编译器转换为：String str1 = "Hello";String str2 = "World";String result = new StringBuilder().append(str1).append(str2).toString();

性能特点：

• 运行时开销：每次拼接都会创建StringBuilder对象，增加运行时开销。

• 内存开销：生成的字符串存储在堆内存中，而不是常量池中。

2. 使用String.concat()方法

String.concat()方法用于将指定字符串连接到此字符串的末尾。它实际上是通过创建一个新的字符数组，将两个字符串的内容复制到新数组中，然后构造一个新的String对象。

性能特点：

• concat()方法每次调用都会创建一个新的String对象，因此在频繁拼接字符串时性能较差，适用于少量字符串的拼接。

3. 使用StringBuilder或StringBuffer

StringBuilder和StringBuffer都提供了可变的字符序列，允许对字符串内容进行修改而不需要创建新的对象。执行流程：创建一个StringBuilder或StringBuffer对象，调用append()方法将每个字符串片段添加到对象中，调用toString()方法将对象转换为String对象。

性能特点：

• StringBuilder是非线程安全的，但性能较高。StringBuffer是线程安全的，但性能稍低（因为添加了同步机制）。

• 在需要频繁拼接字符串的场景中，使用StringBuilder或StringBuffer可以显著提高性能。

• StringBuilder适用于单线程环境，而StringBuffer适用于多线程环境。