Java-String类

前言

Java 的 String 类是最常用的类之一，但其底层实现和特性往往容易被忽视。以下是 String 类的重点解析，涵盖核心概念、内存管理、性能优化及常见问题。

`String` 类的核心特点

String 是 Java 中用于处理字符串的类，位于 java.lang 包下，无需手动导入。以下是其主要特点：

不可变性（Immutability）

String 对象一旦创建，其内容无法修改。任何看似修改字符串的操作（如拼接、替换）实际上都会创建一个新的 String 对象。这种设计带来了线程安全性和内存优化的好处，但也需要注意性能问题（例如频繁拼接时建议使用 StringBuilder）。

示例：

1 2	String s1 = "Hello"; s1 = s1 + " World"; // 创建新对象，原对象未改变

字符串的创建方式与内存分配

Java 维护了一个字符串常量池，用于存储字符串字面量。例如，String s1 = "hello"; String s2 = "hello"; 中，s1 和 s2 指向常量池中的同一个对象。这种机制减少了内存占用，但通过 new String("hello") 创建的字符串会在堆中分配新对象。

字面量赋值：直接使用双引号。检查字符串常量池，存在则附庸，否则新建并缓存。
new 关键字：强制在堆中创建新对象，不检查常量池。

字符串常量池（String Pool）是 JVM 维护的一块特殊内存区域，存储唯一字符串字面量。

基于字符数组实现

在 JDK 8 及之前，String 内部使用 char[] 存储字符数据。从 JDK 9 开始，改为使用 byte[] 加上编码标志，以更高效地存储字符串（支持 Latin-1 和 UTF-16 编码）。

`final` 类

String 类被声明为 final，无法被继承。这种设计确保了其不可变性和安全性。

构造方法

String 类提供了多种构造方法，以下是常见的几种：

String()：创建一个空字符串。
String(String original)：通过已有字符串创建新字符串。
String(char[] value)：通过字符数组创建字符串。
String(byte[] bytes, Charset charset)：通过字节数组和指定字符集创建字符串。

示例：

String s1 = new String();               // ""
String s2 = new String("hello");        // "hello"
char[] chars = {'h', 'i'};
String s3 = new String(chars);          // "hi"

常用方法

String 类提供了丰富的操作方法，以下按功能分类介绍：

获取信息

length()：返回字符串长度。
charAt(int index)：返回指定索引处的字符（索引从 0 开始）。
isEmpty()：判断字符串是否为空。

示例：

String str = "Hello, Java";
System.out.println(str.length());       // 11
System.out.println(str.charAt(1));      // 'e'
System.out.println(str.isEmpty());      // false

比较

equals(Object obj)：比较两个字符串内容是否相等（区分大小写）。
equalsIgnoreCase(String another)：忽略大小写比较。
compareTo(String another)：按字典序比较，返回正数、负数或 0。

示例：

String s1 = "java";
String s2 = "Java";
System.out.println(s1.equals(s2));          // false
System.out.println(s1.equalsIgnoreCase(s2)); // true
System.out.println(s1.compareTo(s2));       // 32（'j' - 'J' 的 ASCII 差值）

查找与定位

indexOf(int ch/String str)：返回字符或子串首次出现的位置，未找到返回 -1。
lastIndexOf(int ch/String str)：返回最后一次出现的位置。
contains(CharSequence s)：判断是否包含指定子串。

示例：

String str = "Hello, Java";
System.out.println(str.indexOf("a"));      // 7
System.out.println(str.lastIndexOf("a"));  // 9
System.out.println(str.contains("Java"));  // true

修改（返回新字符串）

substring(int beginIndex)：从指定索引截取到末尾。
substring(int beginIndex, int endIndex)：截取指定范围（不包含 endIndex）。
replace(char oldChar, char newChar)：替换所有指定字符。
trim()：去除首尾空白字符。

示例：

String str = "  Hello, Java  ";
System.out.println(str.substring(2));         // "Hello, Java  "
System.out.println(str.substring(2, 7));      // "Hello"
System.out.println(str.replace('l', 'L'));    // "  HeLLo, Java  "
System.out.println(str.trim());               // "Hello, Java"

分割与连接

split(String regex)：按正则表达式分割字符串，返回字符串数组。
join(CharSequence delimiter, CharSequence... elements)：（JDK 8+）用分隔符连接多个字符串。

示例：

String str = "a,b,c";
String[] arr = str.split(",");
System.out.println(Arrays.toString(arr));     // [a, b, c]

String joined = String.join("-", "x", "y", "z");
System.out.println(joined);                   // x-y-z

格式化

format(String format, Object... args)：格式化字符串。
valueOf(Object obj)：将对象转换为字符串。

示例：

String formatted = String.format("Name: %s, Age: %d", "Alice", 25);
System.out.println(formatted);                // Name: Alice, Age: 25

String num = String.valueOf(123);
System.out.println(num);                      // "123"

性能与注意事项

字符串拼接

使用 + 拼接字符串在循环中会导致性能问题，因为每次拼接都会创建新对象。推荐使用 StringBuilder 或 StringBuffer：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sb.append(i);
}
String result = sb.toString();

`==` vs `equals()`

== 比较的是引用是否相同，而 equals() 比较内容是否相同：

String s1 = "hello";
String s2 = new String("hello");
System.out.println(s1 == s2);         // false（不同对象）
System.out.println(s1.equals(s2));    // true（内容相同）

常量池与 `intern()`

调用 intern() 方法可以将字符串放入常量池，并返回常量池中的引用（谨慎使用，可能引发 Full GC）：

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String s1 = new String("hello").intern();
String s2 = "hello";
System.out.println(s1 == s2);         // true（指向常量池同一对象）

后记

String 类是 Java 中最常用的类之一，其不可变性、常量池机制和丰富的 API 使其在字符串处理中非常强大。