Java字符串简介

字符串的表示

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence

Java中的字符串是表示一个字符序列的对象。在Java中，字符串是作为对象出现的，由java.lang.String类和java.lang.StringBuilder或java.lang.StringBuffer类实现。

字符串字面量

字符串字面量是Java中最常见的创建字符串的方式。它是由双引号包围的字符序列，例如 "Hello, World!"。当编译器遇到字符串字面量时，它会创建一个String对象，并将其放入字符串常量池中。如果字符串常量池中已经存在相同值的字符串对象，则不会再创建新的对象，而是返回已有对象的引用。

String hello = "Hello, World!"; // 字符串字面量

在上面的代码中，hello变量引用了一个String对象，该对象包含文本 "Hello, World!"。

String对象

通过new关键字创建的字符串对象是String类的实例。这种方式会显式地创建一个新的String对象，而不是使用字符串常量池中的对象。当使用new关键字时，Java虚拟机会在堆内存中为新的String对象分配空间，并将其初始化为指定的字符串值。

String s = new String("Hello, World!"); // 使用new关键字创建String对象

在上面的代码中，我们创建了一个新的String对象，并将其赋值给变量s。这个对象与任何其他使用相同字面量创建的字符串对象是独立的。

需要注意到"Hello, World!"是字符串字面量，因此会创建一个String对象，并将其放入字符串常量池中。这个对象是比s所引用的对象先创建的，并且它们相互独立。

StringBuilder和StringBuffer对象

StringBuilder和StringBuffer是两个用于创建可变字符串的类。它们都提供了可以在原有字符串基础上进行修改的方法，如append、insert、delete和reverse等。StringBuilder是Java 5引入的，它是StringBuffer的替代品，提供了相同的功能，但是不是线程安全的，因此在单线程环境下性能更好。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(", World!"); // 追加字符串
String s = sb.toString(); // 转换为String对象

在上面的代码中，我们创建了一个StringBuilder对象，并使用append方法添加了额外的文本。最后，我们使用toString方法将StringBuilder的内容转换为String对象。

StringBuffer与StringBuilder类似，但它提供了线程安全的功能，适合在多线程环境中使用。

StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
sb.append(", World!"); // 追加字符串
String s = sb.toString(); // 转换为String对象

字符串的不可变性

Java中的String对象是不可变的，这意味着一旦一个String对象被创建，它包含的字符序列就不能被改变。这是因为String类的设计采用了final修饰的字符数组来存储字符串内容，这个数组在创建后就不能再改变大小或内容。

@Stable
private final byte[] value;
private final byte coder;

@Stable注解表示这个字段的引用是稳定的，即它引用的对象在GC期间不会移动，这对于性能优化是有帮助的。

coder字段表示value数组中字节所使用的编码。可能的值包括LATIN1和UTF16。这决定了String内部如何存储字符。

当我们在Java程序中对字符串执行修改操作时，实际上是在创建一个新的String对象。这是因为字符串操作（如连接、替换、截取等）都会返回一个新的String对象，而不是修改原始对象。这是因为String类提供了相应的方法，这些方法在执行操作时会创建新的字符串对象。

例如以下代码：

String s = "Hello";
s = s + " World!";

在这段代码中，s最初引用了一个包含"Hello"的String对象。当执行+操作时，String类的重载+运算符会在后台调用String.concat方法，这个方法会创建一个新的String对象，包含了"Hello World!"，然后变量s被重新分配指向这个新的对象。原始的"Hello"字符串对象仍然存在于内存中，但是没有引用指向它，它将成为垃圾收集的对象。

这种不可变性带来了几个重要的优点：

1. 线程安全：由于String对象是不可变的，它们在多线程环境中是安全的。这意味着我们可以在不同的线程之间共享String对象，而不用担心一个线程对字符串的修改会影响其他线程。因为字符串的值一旦确定就不会改变，所以多个线程看到的字符串内容总是相同的。
2. 常量池优化：字符串的不可变性允许Java虚拟机实现字符串常量池（String Constant Pool）。当使用双引号创建字符串字面量时，Java虚拟机会首先在常量池中查找是否有相同的字符串。如果有，则返回这个字符串的引用；如果没有，则在常量池中创建一个新的字符串并返回其引用。这种机制可以节省内存，因为相同的字符串字面量不需要重复创建，同时提高了性能，因为字符串常量池中的对象可以快速访问。
3. 安全性：字符串常用于存储敏感信息，如密码、文件路径等。字符串的不可变性确保了这些信息不会被意外的代码修改。例如，如果我们将一个密码存储在一个字符串变量中，即使另一个引用改变了这个变量的值，原始的密码字符串仍然保持不变，不会因为意外的代码而泄露。
4. 简化编程：字符串的不可变性使得它们可以作为哈希表的键值。因为字符串的值不会改变，所以它们的哈希码也是固定的，同时哈希码可以被缓存，只需要计算一次。这简化了哈希表的实现，因为我们不需要担心键值的改变会导致哈希码的变化，从而影响哈希表的性能。

字符串常量和字符串对象的区别

字符串常量和字符串对象是两个不同的概念，它们在内存中的存储方式和使用场景都有所不同。下面是它们之间的区别：

1. 字符串常量（String Literal）：
   • 字符串常量是直接用双引号括起来的字符序列，例如 "Hello, World!"。
   • 当字符串常量在代码中出现时，Java编译器会将其放入字符串常量池（String Constant Pool）中。字符串常量池是一个内存区域，用于存储独一无二的字符串字面量。
   • 如果字符串常量池中已经存在相同值的字符串对象，那么新的引用将指向已有的对象，而不会创建新的对象。
   • 字符串常量是不可变的，一旦创建，其内容就不能改变。
   • 使用字符串常量可以节省内存，因为相同的字符串字面量只会被存储一次。
2. 字符串对象（String Object）：
   • 字符串对象是通过new关键字显式创建的String类的实例，例如 String s = new String("Hello, World!");。
   • 每次使用new关键字创建字符串对象时，都会在堆内存（Heap Memory）中创建一个新的String对象。
   • 即使两个字符串对象的值相同，它们也是不同的对象实例，拥有不同的内存地址。
   • 字符串对象同样是不可变的，一旦创建，其内容也不能改变。
   • 创建字符串对象时，Java虚拟机不会检查字符串常量池，而是直接在堆内存中分配空间。
   • 如果利用了字符串常量创建字符串对象，如果不存在该字符串常量，会先创建字符串常量再创建字符串对象。

Java字符串方法

equals方法

在Java中，所有的类都默认继承自Object类，Object类提供了一个equals方法，用于比较两个对象的引用是否相同。这个方法在默认情况下是比较两个对象在内存中的地址，即两个对象的引用是否指向同一个对象实例。

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

从上面Object类的equals方法可以看出，如果不重写equals方法，equals和==是同一个逻辑。

==用于比较对象的引用是否指向同一个对象实例。

重写后的equals一般用于比较对象的内容是否相等。

对于大多数类来说，比较对象的内容才有意义，因此很多类会重写equals方法，以提供更合适的比较逻辑。String类就是这样一个例子。String类的equals方法被重写，以比较两个字符串对象的内容（即它们包含的字符序列）是否相同，而不是比较它们的引用是否相同。

以下是String类中equals方法的重写实现：

查看代码

public boolean equals(Object anObject) {
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    if (anObject instanceof String) {
        String anotherString = (String)anObject;
        int n = value.length;
        if (n == anotherString.value.length) {
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
            int i = 0;
            while (n-- != 0) {
                if (v1[i] != v2[i])
                    return false;
                i++;
            }
            return true;
        }
    }
    return false;
}

在这个实现中，equals方法首先检查传递的对象是否是String的实例。如果不是，则直接返回false。如果是，则将传递的对象转换为String类型，然后比较两个字符串的长度。如果长度不同，则返回false。如果长度相同，则逐个比较字符串中的每个字符。如果所有字符都相同，则返回true；如果发现任何不匹配的字符，则返回false。

这种实现确保了两个字符串对象的内容相同，即使它们是不同的对象实例，equals方法也会返回true。这是字符串比较的标准行为，也是String类设计的一个重要特点。

例如：

String s1 = new String("hello");
String s2 = new String("hello");
String s3 = "hello";
boolean result = s1.equals(s2); // true，因为s1和s2的内容相同

在这个例子中，s1和s2是两个不同的对象实例，但它们的内容相同，所以equals方法返回true。同样，s1和s3也是内容相同的字符串，尽管s3是通过字符串常量创建的，equals方法同样返回true。这是因为String类的equals方法比较的是字符串的内容，而不是对象的引用。

intern() 方法

String.intern()方法用于处理字符串的内存分配和字符串常量池（String Pool）的引用。这个方法允许我们请求一个字符串对象的引用，该引用指向字符串常量池中的字符串。如果字符串常量池中已经存在相同的字符串，intern()方法将返回该字符串的引用；如果不存在，它将创建一个新的字符串对象，并将其添加到字符串常量池中，然后返回该字符串的引用。

下面是一个String.intern()方法的示例：

String s1 = new StringBuilder("abc").append("def").toString();
String s2 = s1.intern(); // 如果字符串常量池中没有"abcdef"，则返回一个新的字符串对象的引用
String s3 = "abcdef"; // 字符串常量池中的字符串
System.out.println(s1 == s2); // false，因为s1和s2是不同的对象实例
System.out.println(s2 == s3); // true，因为s2和s3都引用字符串常量池中的"abcdef"

在这个示例中，s1是通过StringBuilder创建的字符串对象。当调用s1.intern()时，如果字符串常量池中没有"abcdef"，则返回一个新的字符串对象的引用。因此，s1和s2是不同的对象实例。然而，s2和s3都引用字符串常量池中的"abcdef"，所以它们是相等的。

Java字符串与基本数据类型的转换

在Java中，字符串与基本数据类型之间的转换是常见的操作。这些转换可以通过多种方式实现，包括使用Java的内置方法、手动转换或者使用类型转换工具。

字符串转基本数据类型

转换为int

String str = "123";
int num = Integer.parseInt(str);

转换为byte

String str = "123";
byte bnum = Byte.parseByte(str);

转换为double

String str = "123.456";
double dnum = Double.parseDouble(str);

转换为boolean

String str = "true";
boolean b = Boolean.parseBoolean(str);

基本数据类型转字符串

1. 使用Integer.toString()

   int num = 123;
   String str = Integer.toString(num);

2. 使用String.valueOf()

   int num = 123;
   String str = String.valueOf(num);

在进行字符串转基本数据类型的操作时，如果字符串无法转换为指定类型的数值，将会抛出NumberFormatException。

在进行基本数据类型转字符串的操作时，如果传递的数值为null，将会抛出NullPointerException。