JavaSE 字符串：深入解析 String、StringBuilder与 StringBuffer

JavaSE 字符串：深入解析 String、StringBuilder 与 StringBuffer

一、字符串的核心类

1. String 类（不可变）

• 特性：
  • 底层使用 final char[] 存储（Java 9+ 改为 byte[]），不可变（Immutable）。
  • 每次操作都会生成新的 String 对象，性能开销大。
• 示例：

  String s1 = "Hello";  // 字面量创建（存储在字符串常量池）
  String s2 = new String("Hello");  // 对象创建（堆内存）
  String s3 = s1 + " World";  // 拼接操作生成新对象
  

2. StringBuilder 类（可变）

• 特性：
  • 线程不安全，性能高（无同步开销）。
  • 推荐在单线程环境下使用。
• 示例：

  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  sb.append("Hello").append(" World");  // 直接修改原对象
  String result = sb.toString();  // 转换为String
  

3. StringBuffer 类（可变）

• 特性：
  • 线程安全（方法使用 synchronized 修饰），性能较低。
  • 推荐在多线程环境下使用。
• 示例：

  StringBuffer sb = new StringBuffer();
  sb.append("Hello").append(" World");  // 线程安全的操作
  

二、字符串常量池（String Pool）

• 作用：避免重复创建相同的字符串对象，提高内存效率。

• 示例：

  String s1 = "abc";  // 常量池创建"abc"
  String s2 = "abc";  // 复用常量池中的对象
  System.out.println(s1 == s2);  // true（引用相同）String s3 = new String("abc");  // 堆内存创建新对象
  System.out.println(s1 == s3);  // false（引用不同）
  

• intern() 方法：
  将字符串对象添加到常量池并返回池中的引用。

  String s4 = s3.intern();  // 将s3的内容添加到常量池
  System.out.println(s1 == s4);  // true
  

三、字符串操作的性能优化

1. 避免循环内使用 + 拼接：

   // 低效（每次循环生成新对象）
   String result = "";
   for (int i = 0; i < 1000; i++) {result += i;
   }// 高效（使用StringBuilder）
   StringBuilder sb = new StringBuilder();
   for (int i = 0; i < 1000; i++) {sb.append(i);
   }
   

2. 预分配 StringBuilder 容量：

   StringBuilder sb = new StringBuilder(1000);  // 预分配容量，减少扩容次数
   

四、字符串常用方法

方法	描述
length()	返回字符串长度。
charAt(int index)	返回指定位置的字符。
substring(int start, int end)	返回子串（左闭右开）。
equals(Object obj)	比较字符串内容是否相等（区分大小写）。
equalsIgnoreCase(String another)	比较字符串内容（忽略大小写）。
contains(CharSequence s)	判断是否包含指定字符序列。
indexOf(String s)	返回子串首次出现的索引（不存在返回-1）。
lastIndexOf(String s)	返回子串最后一次出现的索引。
startsWith(String prefix)	判断是否以指定前缀开头。
endsWith(String suffix)	判断是否以指定后缀结尾。
toUpperCase()/toLowerCase()	转换大小写。
trim()	去除字符串前后的空白字符。
replace(char old, char new)	替换所有匹配的字符。
split(String regex)	根据正则表达式分割字符串，返回数组。
join(CharSequence delimiter, CharSequence... elements)	静态方法，用分隔符连接多个字符串。

五、字符串与编码

• 常见编码格式：UTF-8、GBK、ISO-8859-1。
• 编码转换：

  String str = "你好";
  byte[] utf8Bytes = str.getBytes("UTF-8");  // 字符串转字节（UTF-8编码）
  String newStr = new String(utf8Bytes, "UTF-8");  // 字节转字符串（指定编码）
  

六、字符串的正则表达式应用

• 匹配验证：

  boolean isEmail = "test@example.com".matches("^[a-zA-Z0-9]+@[a-zA-Z0-9]+\\.[a-zA-Z]{2,}$");
  

• 替换：

  String text = "a1b2c3";
  String result = text.replaceAll("\\d", "*");  // 替换所有数字为*
  

• 分割：

  String[] parts = "a,b;c d".split("[,;\\s]+");  // 按逗号、分号或空格分割
  

七、面试常见问题

1. String 为什么是不可变的？

   • 安全考虑（如参数传递、类加载器）。
   • 支持字符串常量池，提高性能。
   • 线程安全（不可变对象天然线程安全）。

2. StringBuilder 与 StringBuffer 的区别？

   • StringBuilder 线程不安全，性能高；StringBuffer 线程安全，性能低。

3. 以下代码创建了几个对象？

   String s = new String("abc");
   

   • 2个：一个在常量池（“abc”），一个在堆内存（new String()）。

4. 如何优化大量字符串拼接？

   • 使用 StringBuilder（单线程）或 StringBuffer（多线程），避免使用 +。

八、最佳实践

• 优先使用 StringBuilder：在非线程安全场景下替代 StringBuffer。
• 字符串常量拼接使用 +：编译器会自动优化为 StringBuilder。
• 避免 String 与基本类型频繁转换：使用 String.valueOf() 或包装类的 toString()。

合理使用字符串相关类，能有效提升代码性能和安全性。