Java基础——String类

public class StringDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 直接赋值（字符串常量）
        String s1 = "hello bit";
        System.out.println(s1);

        // 2. 通过 new 关键字创建对象
        String s2 = new String("hello bit");
        System.out.println(s2);

        // 3. 使用字符数组构造
        char[] array = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};
        String s3 = new String(array);
        System.out.println(s3);

        // 4. 使用字节数组构造（可将 ASCII 码转为字符串）
        byte[] bytes = {97, 98, 99, 100};
        String s4 = new String(bytes);
        System.out.println(s4); // 输出 "abcd"
    }
}

注意：直接赋值与new创建的对象在内存布局上有很大的区别，下文会详细分析。

二.String的内存布局与常量池

2.1String内部结构（基于JDK17）

打开String源码，你会看到：

public final class String
    implements Serializable, Comparable<String>, CharSequence {

    @Stable
    private final byte[] value;   // 存储字符串的字节数组

    private final byte coder;     // 编码标识：LATIN1 或 UTF16

    private int hash;             // 缓存哈希值，默认 0
    // ...
}

value是一个final的字节数组，真正存储字符数据。

coder 表示编码方式，JDK9+引入了紧凑字符串特性，当字符串只包含Latin-1字符时用1字节，否则用2字节（UTF-16），有效节省内存

hash用于缓存哈希码，避免重复计算。

2.2字符串常量池

字符串常量池是JVM中特殊的存储区域，本质上是一个固定大小的哈希表。它的作用是避免重复创建相同内容的字符串对象，从而节省内存。

不同JDK版本中常量池的位置和大小有所差异：

JDK版本	常量池位置	大小特性
Java6	方法区（永久代）	固定大小（1009）
Java7	堆中	可设置，默认（60013）
Java8	堆中	可设置，有范围（最小1009）

2.3两种赋值方法的区别

示例1：直接赋值

String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1 == str2); // true

“abc”首先被放入字符串常量池。

str2创建时发现常量池中已经存在“abc”，直接复用同一个引用。

因此str1和str2指向常量池中的同一个对象。

示例2：

String str1 = new String("abc");
String str2 = new String("abc");
System.out.println(str1 == str2); // false

执行new String(“abc”)时，如果常量池中没有”abc“，会先在常量池中创建一个。

然后再在堆上创建一个新的String对象，该对象的value数组指向常量池中的”abc“数据（实际上会复制一份）。

每次new都会产生一个独立的堆对象，所以str1和str2不相等。

三.字符串的比较

字符串比较是开发中的高频操作，java提供了多种比较方式。

3.1 ==：比较引用地址

基本类型：比较值是否相等。

引用类型：比较两个引用是否指向同一个对象。

int a = 10, b = 20, c = 10;
System.out.println(a == b); // false
System.out.println(a == c); // true

String s1 = new String("hello");
String s2 = new String("hello");
System.out.println(s1 == s2); // false（不同对象）

3.2equals()：比较内容（字典序）

String重写了Object的equals()方法，逐个比较字符：

String s1 = new String("hello");
String s2 = new String("hello");
System.out.println(s1.equals(s2)); // true

3.3compareTo()：按字典序返回差值

若两字符串不同，返回第一个不相等字符的ASCII差值

若前k个字符都相等，则返回长度差。

String s1 = "abc";
String s2 = "ac";
System.out.println(s1.compareTo(s2)); // -1（'b' - 'c' = -1）

String s3 = "abcdef";
System.out.println(s1.compareTo(s3)); // -3（长度差）

四.常用方法速览

方法	说明
charAt(int index)	获取指定位置字符
indexOf(int ch/String str)	返回第一次出现的位置
lastIndexOf()	从后往前查找
toUpperCase()/toLowerCase()	大小写转换
toCharArray()	转为字符数组
replaceAll(String regex ,String replacement)	全部替换
split(String regex)	按分隔符拆分
substring(int begin,int end)	截取子串（前闭后开）
trim()	去除首尾空格
intern()	手动将字符串放入常量池

4.1拆分注意事项

特殊字符（如 . | +）需要转义,例如split("\\.")才能按点号拆分。

多个分割符可以用|组合，如split(",|;")。

4.2intern()方法示例

char[] ch = {'a', 'b', 'c'};
String s1 = new String(ch);     // 堆中对象，常量池中无 "abc"
s1.intern();                    // 将 s1 的引用放入常量池
String s2 = "abc";              // 直接复用常量池中的引用
System.out.println(s1 == s2);   // true（未注释 intern 前为 false）

五.字符串的不可变性

5.1为什么String是不可变的？

value数组被private final修饰：虽然final保证了数组引用不可变，但数组内部元素其实是可变的，真正关键的是：

String类没有提供任何修改value数组的公共方法。所有看似修改的操作（replace ，toUpperCase）都会创建一个新的String对象，原对象不变。

源码片段：

public final class String {
    private final byte[] value;   // 不可变的关键
    // 没有 setter 方法修改 value 内容
}

5.2不可变的好处

线程安全：不可变对象天然可以在多线程环境下共享。

常量池复用：因为内容不变，才能放心地让多个引用指向同一个字符串。

哈希值可缓存：hash字段只需计算一次，适合作为HashMap的键。

5.3误区提醒

下面这段代码并没有修改原字符串，而是创建了新的对象：

String s = "hello";
s = s + " world";   // 产生新的 String 对象

六.字符串拼接的性能陷阱

如果使用+在循环中拼接字符串，会产生大量临时对象，效率极低。

long start = System.currentTimeMillis();
String s = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    s += i;        // 每次循环都会 new 一个 String 对象
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("String 耗时：" + (end - start));

String方式可能耗时几十毫秒，而StringBilder几乎为0

七.StringBilder与StringBuffer

为了高效修改字符串，java提供了两个可变字符串类：

类

线程安全

性能

使用场景

StringBuilder

不安全

高

单线程下频繁

拼接/修改

StringBuffer

安全（synchronized）

稍低

多线程下操作字符串

7.1常用方法

append():追加内容（类似+操作）

insert(int offset, String str):在指定位置插入

delete（int start ，int end）:删除区间字符

reverse():反转字符串

toString()：转换不可变的String。

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello");
sb.append(" world");
sb.insert(5, ",");
System.out.println(sb); // hello, world
String result = sb.toString();

7.2String与StringBuilder互转

String->StringBuilder：通过构造器或append()。

StringBuilder->String：调用toString()。

八.总结

特性/类	String	StringBuilder	StringBuffer
是否可变	否	是	是
线程安全	是	否	是
性能（修改时）	低	高	中
适用场景	不可变字符串，常量	单线程频繁修改	多线程频繁修改

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