Java字符串處理全解析(String、StringBuilder與StringBuffer)

更新時間：2025年04月18日 10:42:19 作者：兔子蟹子

這篇文章主要介紹了Java字符串處理全解析(String、StringBuilder與StringBuffer),本文通過實例代碼給大家介紹的非常詳細(xì),感興趣的朋友一起看看吧

Java字符串處理全解析：String、StringBuilder與StringBuffer

一、String類基礎(chǔ)

1. String的本質(zhì)

不可變對象：Java中的String對象一旦創(chuàng)建就不能修改
底層實現(xiàn)：基于private final char value[]字符數(shù)組
字符串池：JVM維護(hù)的特殊存儲區(qū)域，用于存儲字符串字面量

2. 創(chuàng)建String對象的兩種方式

// 方式1：字面量創(chuàng)建（直接存入字符串池）
String s1 = "Hello";
// 方式2：new創(chuàng)建（堆內(nèi)存新建對象）
String s2 = new String("Hello");

3. 字符串比較

String a = "Java";
String b = "Java";
String c = new String("Java");
System.out.println(a == b);      // true（指向字符串池同一對象）
System.out.println(a == c);      // false（不同對象）
System.out.println(a.equals(c)); // true（內(nèi)容相同）

4. 常用方法

方法	說明	示例
`length()`	獲取長度	`"abc".length()` → 3
`charAt()`	獲取指定位置字符	`"abc".charAt(1)` → ‘b’
`substring()`	截取子串	`"Hello".substring(1,3)` → “el”
`indexOf()`	查找字符位置	`"Java".indexOf('a')` → 1
`toLowerCase()`	轉(zhuǎn)小寫	`"Java".toLowerCase()` → “java”
`toUpperCase()`	轉(zhuǎn)大寫	`"Java".toUpperCase()` → “JAVA”
`trim()`	去除首尾空格	`" Java ".trim()` → “Java”
`split()`	分割字符串	`"a,b,c".split(",")` → [“a”,“b”,“c”]
`replace()`	替換字符	`"Java".replace('a','o')` → “Jovo”

二、StringBuilder與StringBuffer

1. 可變字符串類比較

特性	String	StringBuilder	StringBuffer
可變性	不可變	可變	可變
線程安全	是	否	是
性能	低	高	中等
使用場景	少量操作	單線程大量操作	多線程大量操作

2. StringBuilder核心方法

StringBuilder sb = new StringBuilder();
// 鏈?zhǔn)秸{(diào)用
sb.append("Java").append(" is").append(" awesome!");
System.out.println(sb); // "Java is awesome!"
sb.insert(5, "really ");  // 插入
sb.delete(5, 12);        // 刪除
sb.replace(0, 4, "Kotlin"); // 替換
sb.reverse();             // 反轉(zhuǎn)

3. StringBuffer線程安全示例

class BufferThread extends Thread {
    private StringBuffer buffer;
    public BufferThread(StringBuffer buffer) {
        this.buffer = buffer;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<100; i++){
            buffer.append(i);
        }
    }
}
public class ThreadSafeDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        Thread t1 = new BufferThread(buffer);
        Thread t2 = new BufferThread(buffer);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("最終長度: " + buffer.length()); // 正確輸出200
    }
}

三、性能對比實驗

1. 字符串拼接測試

public class PerformanceTest {
    static final int LOOP_COUNT = 100000;
    public static void stringTest() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        String s = "";
        for(int i=0; i<LOOP_COUNT; i++){
            s += "a";
        }
        System.out.println("String耗時: " + (System.currentTimeMillis()-start) + "ms");
    }
    public static void builderTest() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(int i=0; i<LOOP_COUNT; i++){
            sb.append("a");
        }
        System.out.println("StringBuilder耗時: " + (System.currentTimeMillis()-start) + "ms");
    }
    public static void bufferTest() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for(int i=0; i<LOOP_COUNT; i++){
            sb.append("a");
        }
        System.out.println("StringBuffer耗時: " + (System.currentTimeMillis()-start) + "ms");
    }
    public static void main(String[] args) {
        stringTest();    // 約4500ms
        builderTest();  // 約5ms
        bufferTest();    // 約10ms
    }
}

2. 內(nèi)存占用分析

// 使用jvisualvm觀察內(nèi)存變化
public class MemoryDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("開始測試...");
        Thread.sleep(10000);  // 等待連接VisualVM
        // String會產(chǎn)生大量中間對象
        String s = "";
        for(int i=0; i<100000; i++){
            s += i;
        }
        // StringBuilder只創(chuàng)建一個對象
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(int i=0; i<100000; i++){
            sb.append(i);
        }
        Thread.sleep(10000);  // 觀察內(nèi)存變化
    }
}

四、字符串最佳實踐

1. 選擇策略

String：少量操作、字符串常量、作為方法參數(shù)
StringBuilder：單線程環(huán)境下大量字符串操作
StringBuffer：多線程環(huán)境下大量字符串操作

2. 優(yōu)化技巧

// 不好的寫法
String result = "";
for(String str : stringList) {
    result += str;  // 每次循環(huán)創(chuàng)建新String對象
}
// 好的寫法
StringBuilder builder = new StringBuilder();
for(String str : stringList) {
    builder.append(str);
}
String result = builder.toString();

3. 字符串常量池優(yōu)化

// 推薦寫法（利用字符串池）
String s1 = "Hello";  
String s2 = "Hello";  // 復(fù)用s1對象
// 不推薦寫法（創(chuàng)建多余對象）
String s3 = new String("Hello");  // 強(qiáng)制創(chuàng)建新對象

五、擴(kuò)展知識

1. 字符串壓縮（Java 9+）

Java 9后String底層改用byte[]存儲，并添加了編碼標(biāo)志字段：

// 查看字符串編碼方式
String str = "你好Java";
Field field = String.class.getDeclaredField("coder");
field.setAccessible(true);
byte coder = (byte) field.get(str);
System.out.println(coder);  // 0表示Latin-1，1表示UTF-16

2. 字符串拼接底層優(yōu)化

// Java編譯器會自動優(yōu)化為StringBuilder
String s = "a" + "b" + "c";
// 編譯后等價于：
String s = new StringBuilder().append("a").append("b").append("c").toString();

3. 正則表達(dá)式應(yīng)用

// 驗證郵箱格式
String email = "test@example.com";
String regex = "^[\\w-]+(\\.[\\w-]+)*@[\\w-]+(\\.[\\w-]+)+$";
boolean isValid = email.matches(regex);
// 提取數(shù)字
String text = "訂單123金額456";
Pattern pattern = Pattern.compile("\\d+");
Matcher matcher = pattern.matcher(text);
while(matcher.find()) {
    System.out.println("找到數(shù)字: " + matcher.group());
}

4. 字符串格式化

// 傳統(tǒng)方式
String info1 = String.format("姓名: %s, 年齡: %d", "張三", 25);
// Java 15+文本塊
String json = """
    {
        "name": "%s",
        "age": %d
    }
    """.formatted("李四", 30);

六、高級應(yīng)用案例

1. 實現(xiàn)一個簡單的模板引擎

public class TemplateEngine {
    private final String template;
    public TemplateEngine(String template) {
        this.template = template;
    }
    public String render(Map<String, Object> params) {
        StringBuilder result = new StringBuilder(template);
        for(Map.Entry<String, Object> entry : params.entrySet()) {
            String key = "${" + entry.getKey() + "}";
            String value = entry.getValue().toString();
            int index;
            while((index = result.indexOf(key)) != -1) {
                result.replace(index, index + key.length(), value);
            }
        }
        return result.toString();
    }
    public static void main(String[] args) {
        String template = "歡迎您，${user}！今天是${day}。";
        Map<String, Object> params = new HashMap<>();
        params.put("user", "王五");
        params.put("day", "2023-05-20");
        TemplateEngine engine = new TemplateEngine(template);
        System.out.println(engine.render(params));
    }
}

2. 字符串相似度比較

public class StringSimilarity {
    // 計算Levenshtein距離
    public static int levenshteinDistance(String a, String b) {
        int[][] dp = new int[a.length()+1][b.length()+1];
        for(int i=0; i<=a.length(); i++) dp[i][0] = i;
        for(int j=0; j<=b.length(); j++) dp[0][j] = j;
        for(int i=1; i<=a.length(); i++) {
            for(int j=1; j<=b.length(); j++) {
                int cost = (a.charAt(i-1) == b.charAt(j-1)) ? 0 : 1;
                dp[i][j] = Math.min(
                    Math.min(dp[i-1][j]+1, dp[i][j-1]+1),
                    dp[i-1][j-1]+cost
                );
            }
        }
        return dp[a.length()][b.length()];
    }
    // 計算相似度百分比
    public static double similarity(String a, String b) {
        int maxLen = Math.max(a.length(), b.length());
        if(maxLen == 0) return 1.0;
        return (1 - (double)levenshteinDistance(a,b)/maxLen) * 100;
    }
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "kitten";
        String s2 = "sitting";
        System.out.printf("相似度: %.2f%%", similarity(s1, s2));
    }
}

七、常見面試題解析

1. String為什么設(shè)計為不可變？

安全性：作為參數(shù)傳遞時不會被意外修改
線程安全：無需同步即可在多線程中使用
緩存哈希：String常用作HashMap的key，hashCode可緩存
字符串池：實現(xiàn)字符串常量池的基礎(chǔ)

2. String s = new String(“xyz”)創(chuàng)建了幾個對象？

如果"xyz"不在字符串池中：2個（字符串池中1個，堆中1個）
如果"xyz"已在字符串池中：1個（只在堆中創(chuàng)建新對象）

3. 如何高效拼接字符串?dāng)?shù)組？

// 使用StringJoiner（Java 8+）
StringJoiner sj = new StringJoiner(", ", "[", "]");
for(String str : array) {
    sj.add(str);
}
String result = sj.toString();
// 或者直接使用String.join()
String result = String.join(", ", array);

4. 如何實現(xiàn)字符串反轉(zhuǎn)？

// 方法1：使用StringBuilder
new StringBuilder(str).reverse().toString();
// 方法2：字符數(shù)組交換
char[] chars = str.toCharArray();
for(int i=0, j=chars.length-1; i<j; i++,j--) {
    char temp = chars[i];
    chars[i] = chars[j];
    chars[j] = temp;
}
new String(chars);

八、總結(jié)與最佳實踐

1. 關(guān)鍵點(diǎn)回顧

String是不可變對象，適合少量操作和作為常量
StringBuilder是可變、非線程安全的字符串操作類
StringBuffer是線程安全版本的StringBuilder
大量字符串操作時應(yīng)避免直接使用String

2. 性能優(yōu)化建議

預(yù)分配StringBuilder容量：new StringBuilder(initialCapacity)
避免在循環(huán)中使用+拼接字符串
使用String.join()替代手動拼接分隔字符串
考慮使用CharSequence接口作為方法參數(shù)類型

通過深入理解Java字符串處理機(jī)制，開發(fā)者可以編寫出更高效、更健壯的字符串處理代碼，這對日常開發(fā)中的文本處理、數(shù)據(jù)格式化和系統(tǒng)間通信等場景至關(guān)重要。

到此這篇關(guān)于Java字符串處理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java字符串處理內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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