Java String 字符串

Java 中的 String 字符串是 Java 中最常用的类之一，String 字符串是一个不可变的字符序列，用于表示文本。

Java String

String 字符串对象可以通过字面值或构造方法创建。例如：

// 通过字面值创建 String 对象
String str1 = "Hello, world!";
// 通过构造方法创建 String 对象
String str2 = new String("Hello, world!"); 

Java String 不可变

Java 中的 String 有一个很重要的特性，就是 Java String 一旦初始化，就不可改变。虽然 String 类中看起来有很多修改字符串内容的方法，但是其实都是生成新的字符串。比如像下面这样让 str1 拼接上 !!!，会发现输出的还是 Hello world.

String str1 = "Hello, world";
str1.concat("!!!");
System.out.println(str1);
// 输出：Hello, world

想要改变 str1 的值，只能对 str1 直接重新赋值。

String str1 = "Hello, world";
str1 = str1.concat("!!!");
System.out.println(str1);

为什么 String 值不能改变，从实现原因上，可以在源码中看到 final char value[] 的限制。

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    //.....
}

Java String 方法

String 类提供了许多方法，用于操作字符串。以下是一些常用的方法：

Java String 接口

String 类实现了三个接口，从源码中可以看到。

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    //.....
}

Comparable

String 类实现了 Comparable 接口，因此可以使用 compareTo() 方法比较两个字符串的大小关系。如果字符串相等，则返回 0；如果当前字符串大于另一个字符串，则返回正整数；如果当前字符串小于另一个字符串，则返回负整数。

String str1 = "abc";
String str2 = "abz";
System.out.println(str1.compareTo(str2));
System.out.println(str2.compareTo(str1));
// 输出：-23
// 输出：23

字符串的比较是字符的自然排序比较，并不会比较总体的数值，比如字符串 199999 是小于字符串 2 的。

System.out.println("19999".compareTo("2"));
// 输出：-1

CharSequence

CharSequence 用于表示一个字符序列的抽象。CharSequence 接口位于 java.lang 包中，是 Java 中的一个接口，CharSequence 接口定义了以下方法：

• charAt(int index)：返回指定位置的字符。
• length()：返回字符序列的长度。
• subSequence(int start, int end)：返回从 start 到 end 的子序列。
• chars() : 返回字符串的 IntStream 流。
• codePoints(): 和 chars 类似，返回字符串的 IntStream 流。

codePoints() 方法返回的是 Unicode 代码点，而 chars() 方法返回的是字符的 UTF-16 编码。在大多数情况下，这两种方法的结果是相同的，但是对于一些特殊字符（如 Emoji 表情符号），它们的结果可能不同。因此，在处理字符序列时，应该根据具体情况选择使用哪种方法。

简单演示一下 chars() 方法，它用于返回一个 IntStream，其中包含此字符序列中的字符。例如：

String str = "Hello, world!";
str.chars().forEach(System.out::println);

输出：

72
101
108
108
111

这个示例代码使用 chars() 方法返回一个 IntStream，然后使用 forEach() 方法遍历 IntStream 中的每个元素，并将其打印到控制台上。但是这里的 IntStream 中的每个元素都是字符的 Unicode 编码。如果需要将其转换为字符，可以使用 (char) 进行强制类型转换。例如：

String str = "Hello, world!";
str.chars().mapToObj(c -> (char) c).forEach(System.out::print);

输出：

Hello, world!

这个示例代码使用 mapToObj() 方法将 IntStream 中的每个元素转换为字符，并将其打印到控制台上。

CharSequence 接口的一个重要特点是它的方法都是读取操作。这意味着，一旦创建了一个 CharSequence 对象，就不能修改它的值。如果需要修改字符序列，可以使用 CharSequence 的其他实现类，如 StringBuffer 、 StringBuilder 类。

Java String 内存分配

Java 中的 String 类是一个不可变的类，它的值在创建后不能被修改。String 对象的内存分配逻辑与其他对象相同，即在堆上分配一块内存空间来存储对象的实例变量。但是，String 对象的值是存储在常量池中的，而不是存储在对象的实例变量中的。

字符串对象存储在被称为字符串常量池的特殊内存区域中。

Java 中的常量池是一块特殊的内存区域，用于存储常量。在编译 Java 代码时，编译器会将所有的字符串常量都放入常量池中。在运行 Java 程序时，如果需要创建一个字符串对象，Java 虚拟机会先在常量池中查找是否已经存在一个值相同的字符串对象。如果存在，则直接返回该对象的引用；否则，创建一个新的字符串对象，并将其存储在常量池中。

由于 String 对象的值是存储在常量池中的，因此多个 String 对象可以共享同一个值。例如，下面的代码创建了两个 String 对象，但是它们的值是相同的，因此都会引用常量池中的同一个 Hello! 字符串：

String str1 = "Hello!";
String str2 = "Hello!";
System.out.println(str1 == str2);
// 输出：true

在这个例子中，Java 虚拟机只会在常量池中创建一个字符串对象，然后让 str1 和 str2 都指向这个对象。这种共享字符串对象的机制可以提高程序的性能和节省内存空间。

但是，如果使用 new 关键字创建字符串对象，则不会共享对象。例如：

String str3 = new String("Hello!");
String str4 = new String("Hello!");
System.out.println(str3 == str4);
// 输出：false

在这个例子中，Java 虚拟机会在堆上分配两个不同的字符串对象，它们的值相同但是地址不同。因此，输出结果为 false。

通过下面的图可以很好的展示原因。

可见，如果使用 new String 创建大量的对象，可能会占用较多内存。

注意，两个字符串直接拼接，会引用字符串常量池。但是两个 String 变量直接拼接，等于 new String。

String str1 = "Hello";
String str2 = "world";
String str3 = str1 + str2;
String str4 = str1 + str2;
String str5 = "Hello" + "world";
String str6 = "Hello" + "world";
System.out.println(str3 == str4); // false
System.out.println(str5 == str6); // true

String 常见问题

由于 String 对象是不可变的，因此每次对字符串进行修改都会创建一个新的 String 对象。如果需要频繁修改字符串，可以使用 StringBuilder 或 StringBuffer 类。StringBuilder 和 StringBuffer 类提供了许多方法，用于修改字符串，例如 append() 方法用于在字符串末尾添加字符或字符串，insert() 方法用于在字符串中插入字符或字符串，等等。StringBuilder 和 StringBuffer 类的区别在于，StringBuilder 类是线程不安全的，而 StringBuffer 类是线程安全的。

一如既往，文章中代码存放在 Github.com/niumoo/javaNotes.