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

ai 2025/7/14 23:38:58

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

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);
}

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

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）。
StringBuilder 与 StringBuffer 的区别？
- StringBuilder 线程不安全，性能高；StringBuffer 线程安全，性能低。
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()）。
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 +。