深度剖析Java中的String类

引言

在Java编程语言中，String类是用来创建和操作字符串的一种非常重要的类。由于其不可变性和广泛的应用，String类在Java中的使用频率非常高。本文将详细介绍String类的特性、创建方式、常用方法以及它的不可变性。

String类的特性

String类的部分实现代码：

不可变性：

从源码可以看到String类是通过一个被private关键字修饰的char类型的数组来存储数据的，但是String类并没有提供访问该数组的方法（set方法）。因此，一旦创建了String对象，它的值就无法被改变。如果需要对字符串进行修改，通常会创建一个新的String对象。

补充：

String类被final修饰，表明该类不能被继承。
value被修饰被final修饰，表明value自身的值不能改变，即不能引用其它字符数组，但是其引用空间中的内容可以修改。
String类是引用类型，内部并不存储字符串本身。

常量池：

字符串常量池是String对象的一个特殊存储区域，它可以帮助节省内存空间。当我们创建字符串常量时，JVM会首先检查字符串常量池，如果池中已存在相同的String对象，就会返回池中的对象引用，而不是创建一个新对象。

请注意：网上有些人说字符串不可变是因为其内部保存字符的数组被final修饰了，因此不能改变。这种说法是错误的，不是因为String类自身，或者其内部value被final修饰而不能被修改。final修饰类表明该类不想被继承，final修饰引用类型表明该引用变量不能引用其他对象，但是其引用对象中的内容是可以修改的。

不可变性的好处

String类的不可变性有几个优点：

安全性：字符串常量的不可变性使得字符串实例可以安全地在多个线程间共享。
性能：不可变的字符串可以被缓存，减少了重复创建相同字符串对象的开销。
哈希值缓存：由于String的内容不可变，它的哈希值也不会变。这使得String对象可以作为哈希表的键，提高了哈希表的性能。

创建String对象

创建String对象的常用的三种方法如下：

使用常量串构造（最常用）：
```
String str = "Hello, World!";
```

使用`new`关键字：

String str = new String("Hello, World!");

字符数组：

char[] charArray = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
String str = new String(charArray);

补充：

有以下代码：

public static void main(String[] args) {
    String s1 = new String("hello");
    String s2 = new String("world");
    String s3 = s1;
}

调试结果如下：

通过调试结果可以得知：s1和s2引用的是不同对象s1和s3引用的是同一对象。

常用方法

两个常用的String对象的比较方法

1.用“==”号来进行比较，比较的是引用的地址

代码演示如下：

public static void main(String[] args) {
    //s1和s2引用的是不同对象 s1和s3引用的是同一对象
    String s1 = new String("hello");
    String s2 = new String("hello");
    String s3 = s1;

    System.out.println(s1 == s2);//s1 == s2的结果是false
    System.out.println(s1 == s3);//s1 == s3的结果是true
}

运行结果如下：

2.用equals()方法来进行比较（直接比较的字符串的内容）

代码演示如下：

public static void main(String[] args) {
    //s1和s2引用的是不同对象 s1和s3引用的是同一对象
    String s1 = new String("hello");
    String s2 = new String("hello");
    String s3 = s1;

    //直接比较字符串的内容，所以结果都是true
    System.out.println(s1.equals(s2));
    System.out.println(s1.equals(s3));
}

运行结果如下：

还有其他的比较方法（如：compareTo，Comparable等）由于篇幅问题就不做过多介绍了，同学们可自行了解。

字符串查找

注意：上述方法都是实例方法。

转化

1. 数值和字符串转化使用valueOf()方法

String s1 = String.valueOf(1234);//int类型转String类型
String s2 = String.valueOf(56.78);//double类型转String类型
String s3 = String.valueOf(true);//boolean类型转String类型

2. 大小写转换

public static void main(String[] args) {
    String str = new String("hello");

    str = str.toUpperCase();//转大写
    System.out.println(str);

    str = str.toLowerCase();//转小写
    System.out.println(str);
}

3. 字符串转数组

代码演示如下：

public static void main(String[] args) {
    String s = "hello";
    
    char[] ch = s.toCharArray();// 字符串转数组
    for (int i = 0; i < ch.length; i++) {
        System.out.print(ch[i]);
    }
    System.out.println();
}

运行结果如下：

4. 格式化输出

代码演示如下：

public static void main(String[] args) {
    String s = String.format("%d-%d-%d", 1949, 10,1);//格式化输出
    System.out.println(s);
}

运行结果如下：

字符串替换

注意：由于字符串是不可变对象, 替换不修改当前字符串, 而是产生一个新的字符串。

字符串截取

代码示例如下：

public static void main(String[] args) {
    String str = "hello world";
    System.out.println(str.substring(0, 5));
    System.out.println(str.substring(6));//没有截取空格
}

运行代码如下：

注意：substring(int beginIndex, int endIndex)是前闭后的，substring(0, 5)表示包含0号下标的字符，不包含5号下标。

从String类中按下标取一个char类型出来（charAt()方法）

代码示例如下：

public static void main(String[] args) {
    String str = "hello world";
    char ch = str.charAt(0);//取第一个
    System.out.println(ch);
    System.out.println(str.charAt(10));//取最后一个
}

运行代码如下：

字符串修改

public static void main(String[] args) {
    String s = "hello";
    s += " world";
    System.out.println(s);//输出hello world
}

并不推荐这种方式，因为其效率非常低，中间创建了好多临时对象。尽量避免直接对String类型对象进行修改，因为String类是不能修改的，所有的修改都会创建新对象，效率非常低下。

StringBuilder和StringBuffer

由于String的不可更改特性，为了方便字符串的修改，Java中又提供StringBuilder和StringBuffer类。这两个类大部分功能是相同的，这里介绍 StringBuilder常用的一些方法，其它的大家可自行查阅文档。

方法	说明
StringBuff append(String str)	在尾部追加，相当于String的+=，可以追加：boolean、char、char[]、double、float、int、long、Object、String、StringBuff的变量
char charAt(int index)	获取index位置的字符
int length()	获取字符串的长度
int capacity()	获取底层保存字符串空间总的大小
void ensureCapacity(int mininmumCapacity)	扩容
void setCharAt(int index, char ch)	将index位置的字符设置为ch
int indexOf(String str)	返回str第一次出现的位置
int indexOf(String str, int fromIndex)	从fromIndex位置开始查找str第一次出现的位置
int lastIndexOf(String str)	返回最后一次出现str的位置
int lastIndexOf(String str, int fromIndex)	从fromIndex位置开始找str最后一次出现的位置
StringBuff insert(int offset, String str)	在offset位置插入：八种基类类型 & String类型 & Object类型数据
StringBuffer deleteCharAt(int index)	删除index位置字符
StringBuffer delete(int start, int end)	删除[start, end)区间内的字符
StringBuffer replace(int start, int end, String str)	将[start, end)位置的字符替换为str
String substring(int start)	从start开始一直到末尾的字符以String的方式返回
String substring(int start，int end)	将[start, end)范围内的字符以String的方式返回
StringBuffer reverse()	反转字符串
String toString()	将所有字符按照String的方式返回

String和StringBuilder类不能直接转换。如果要想互相转换，可以采用如下原则:

1.String变为StringBuilder：利用StringBuilder的构造方法或append()方法

代码示例如下：

public static void main(String[] args) {
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("Hello");
    System.out.println(stringBuilder);
    stringBuilder.append(" World!");
    System.out.println(stringBuilder);
}

运行结果如下：

2.StringBuilder变为String：调用toString()方法

代码示例如下：

public static void main(String[] args) {
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("Hello");
    String str = stringBuilder.toString();
}

调试结果如下：

由于StringBuilder和StringBuffer大部分功能和用法都是类似的，因此本文仅介绍StringBuilder，StringBuffer的相关方法大家可自行了解使用。

注意：StringBuffer采用同步处理，属于线程安全操作；而StringBuilder未采用同步处理，属于线程不安全操作。

结语

以上，就是的本次要带大家深度剖析的Java中的String类的全部内容，感谢大家愿意花时间阅读本文！

如有错误，建议，或问题均可在评论区指出！