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-162. 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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