【String类】10分钟彻底搞懂Java中的String类！！

1. 引言

1.1. String 类的简要介绍

在Java中，String类型是我们最常用的类型之一。那么，String是什么呢？根据Java官方文档，String类代表字符串，Java程序中的所有字符串文字（例如“abc”）都被视为此类的实例。实际上，Java中的String是一个不可变的对象，这意味着一旦创建了字符串，就不能改变它。

String s1 ="hello";

在这个例子中，我们创建了一个新的String对象“hello”。现在，无论我们做什么，“hello”这个对象都不会改变。如果我们对s1赋一个新值，例如：

s1 = "hello world";

我们并没有改变原来的“hello”对象，而是创建了一个全新的String对象“hello world”，并让s1指向它。原来的“hello”对象仍然存在于内存中，除非没有任何引用指向它，它才会被垃圾回收器回收。

这就是为什么String被设计为不可变的，因为它们经常被使用，所以不可变性确保了字符串的安全性和效率。但这也意味着如果需要修改字符串，可能需要花费额外的内存和CPU资源。

2. String 基础

2.1 String的创建

在Java中，创建String对象有多种方法，但每种方法都有其特定的用途和注意事项。

2.1.1 字符串字面量

最常见的创建String对象的方法是使用字符串字面量，如下：

String s1 ="Hello,world!";

在这种情况下，Java会查看字符串池，如果池中存在“Hello World”这个对象，就会返回对这个对象的引用；否则，它会在池中创建一个新的对象，并返回对新对象的引用。

2.1.2 new关键字

我们还可以使用new关键字来创建一个新的String对象，如下：

当我们使用new关键字创建String对象时Java总是会在堆上创建一个新的对象，并忽略字符串池。

值得注意的是，第一种方法在性能和内存利用率上通常比第二种更好，因为它可以重用字符串池中的对象。

2.2 String的不可变性

在Java中，String类的一个关键特性是其不可变性。一旦创建了一个String对象，那么这个对象就不能被改变。这听起来可能会令人困惑，因为我们似乎可以通过某些方法来“改变”字符串。例如：

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

看起来我们虽然“改变”了字符串s，但实际上我妈们做的是创建了一个全新的字符串对象赋值给s。原先的“Hello”字符串仍然存在，只不过我们已经没有引用指向它了。

那么，如果你需要一个可以修改的字符串怎么办？这时就可以使用StringBuilder或StringBuffer类。这两个类代表的都是可变字符串，适合在需要频繁修改字符串内容的场景中使用。

3.深入String

3.1 String pool的概念和工作方式

在Java中，所有的字符串字面量，例如“Hello”，都是在一个特殊的区域内存储的，我们通常称这个区域为String pool。这种机制的存在有利于减少内存占用并提高性能。

看看下面的代码：

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";

这段代码中，我们看似创建了两个字符串，当实际上，由于String pool的存在，只创建了一个。字符串“Hello”在内存中只有一份，s1和s2都指向它。这是因为字符串字面量会自动被Java放入String pool中。

但如果我们用new关键字创建字符串，情况就会不同：

String s3 = new String("Hello");

这段代码会创建一个新的String对象，并且这个对象不会被放到String pool中。因此，s3指向的对象与s1和s2指向的对象不同，即使它们的内容相同。

如果我们希望把一个用new创建的字符串放到String pool中，可以使用intern方法：

String s4 = new String("Hello").intern();

现在，s4会指向String pool中的“Hello”字符串。

3.2 String的比较：equal()   vs   ==

在Java中比较两个字符串的内容是否相同，我们应该使用equals(）方法，而不是==。这个原则的背后有一些重要的理由，我感觉这应该是每一个学习Java的开发者都需要理解的知识点。

首先，我们要明白一点：在Java中，字符串是对象。这意味着每一个字符串都是String类的一个实例。

如果我们使用==来表示两个字符串，我们实际上是在比较这两个字符串对象的内存地址是否相同，也就是说，我们在比较它们是否是同一个对象。这可能不是我们想要的，来看看下面的例子你就懂了：

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";
String s3 = new String("Hello");

System.out.println(s1==s2);//输出true
System.out.println(s1==s3);//输出false

在这个例子中，s1和s2是指向String pool中的同一个对象，所以s1==s2是true。但s3是一个新对象，虽然它的内容与s1和s2相同，但它是一个不同的对象，所以s1==s3是false。

但是，如果我们使用equals()方法来比较字符串，我们是在比较它们的内容是否相同，而不是它们是否是同一个对象。

System.out.println(s1.equals(s2));//输出true
System.out.println(s1.equals(s3));//输出false

这个例子显示，无论我们使用哪种方式创建字符串，只要它们的内容相同，equals()方法就会返回true。

所以，记住：在Java中比较字符串时，我们应该使用equals()方法，而不是==。这是一种更安全，也更加直观的方式。

3.3 String的连接和效率问题

在Java中，我们可以使用“+”运算符来连接两个或者多个字符串。这看起来很方便，但是这个操作的效率问题是值得我们注意的。

首先，我们要明白，String在Java中是不可变的，这意味着，一旦一个String对象被创建，我们就不能更改它。如果我们想要改变一个字符串，Java实际上会创建一个新的String对象。

看看下面的例子：

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

在这个例子中，第二行代码实际上创建了一个新的String对象，然后将s指向这个新对象。

因此，如果我们在循环中连接字符串，效率会非常低。每次连接操作，都会创建一个新的String对象，这就涉及到内存分配与垃圾回收，这都是非常耗时的操作。看看下面的例子：

String s = "";
for(int i = 0; i<1000;i++){
s = s + i;
}

在这个例子中，我们创建了1000个String对象，而我们实际上只需要最后一个。

为了解决这个问题，Java提供了一个StringBuilder类，它是可变的，我们可以使用它来更高效的进行字符串连接。看看下面的例子：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for(int i = 0;i<1000;i++){
 sb.append(i);
}
String s = sb.toString

在这个例子中，我们只创建了一个StringBuilder对象和一个String对象，大大提高了效率。

所以，如果我们需要在循环中连接字符串，我们应该使用StringBuilder，这是一个非常重要的Java最佳实践。

4. String与其他类

4.1 String与StringBuffer和StringBuilder的对比

在Java中，除了String之外，我们还会经常使用到StringBuffer和StringBuilder。这三者都用与处理字符串，但是它们在性能和线程安全性方面有着显著的差异。

4.1.1.可变性

首先，我们需要理解String是不可变的，也就是说，当你创建一个String对象后，它的内容就不能改变。这是由于String的内部字符数组被声明为final，所以无法修改。相反，StringBuffer和StringBuilder都是可变的，它们内部的字符数组可以动态的改变。

例如，假设我们有以下代码：

String str = "Hello";
str = str + "world";

实际上，上述的代码并没有修改原来的“Hello”字符串，而是创建了一个新的String对象“HelloWorld”，而如果我们使用StringBuffer和StringBuilder，情况则会完全不同：

StringBuilder builder = new StringBuilder("Hello");
builder.append("world");

这段代码只创建了一个StringBuilder对象，并且通过append（）方法在原有的字符数组上添加了“world”。

4.1.2.性能

由于String是不可变的，所以每次修改String都会产生新的对象，这在大量字符串操作时会带来性能问题。相反，StringBuffer和StringBuilder可以动态改变，所以它们在大量的字符串操作时更高效。

4.1.3.线程安全

StringBuffer是线程安全的，它的大部分方法都是synchronized的，所以在多线程环境下也可以安全使用。但是，这种线程安全也是有代价的，它在性能上比StringBuilder慢。

相反，StringBuilder不是线程安全的，所以它的性能比StringBuffer快。如果你的代码只在单线程环境下执行，那么使用StringBuilder是一个更好地选择。

5. Java String的内存优化

当我们在Java程序中创建字符串时，Java的String interning机制可以帮助我们节省内存。这是一种特定的优化策略，它尝试复用在内存中已存在的String对象，而不是每次都创建新对象。

要理解String interning，我们首先要了解Java的字符串常量池。字符串常量池是Java堆内存的一部分，用于存储由字面量创建的String对象。Java虚拟机（JVM）会尝试在这个常量池中复用String对象。

例如:

String str1 = "Hello";
String str2 = "Hello";

在这个例子中，虽然我们似乎创建了两个不同的String对象，但实际上，由于String interning，这两个引用变量实际上指向的是常量池中的同一个对象。

但是，如果使用new关键字显式创建String对象，那么Java就会在堆内存中创建一个新的对象，如下所示：

String str1 = new String("Hello");
String str2 = new String("Hello");

在这个例子中，str1和str2是指向堆内存中的两个不同对象，即使它们的内容相同。

如果你希望强制的将使用new创建的String对象添加到字符串常量池，你可以使用intern()方法，如下所示：

String str1 = new String("Hello").intern();
String str2 = new String("Hello").intern();

在这个例子中，str1和str2实际上指向的是字符串常量池中的同一个对象，即使我们使用了new关键字。这是因为intern(）方法会检查字符串常量池中是否存在内容相同的String对象。如果存在 ，它就会返回那个对象的引用；如果不存在，它就会将当前String对象添加到常量池，并返回这个对象的引用。

通过理解和使用String interning，我们可以更有效的在Java程序中使用和管理字符串，优化我们的内存使用。

6.结论

在使用Java String类时，遵循一些最佳实践可以帮助我们编写出更高效，更加可维护的代码

6.1 使用equals()方法进行字符串比较

在Java中，我们应该始终使用equals()方法来比较字符串的内容是否相等，而不是使用==运算符。因为==运算符比较的是两个字符串对象的内存地址，而不是它们的内容。

6.2 避免使用 + 进行字符串的连接 

在循环或者大量的字符串连接操作中，我们应该避免使用 + 运算符，因为这会在每次连接时都创建一个新的String对象，效率非常低。相反，我们应该使用StringBuffer和StringBuilder。

6.3 字符串常量应该定义为public static final

由于String是不可变的，所以我们可以将字符串常量定义为public static final。这样，这个常量就可以在程序的任何地方使用，而不需要每次使用时都创建一个新的对象。

7.面试问题与答案

7.1 String是不可变的，这意味着什么？

答：在Java中，字符串是不可变的，这意味着一旦创建String对象，就不能更改其内容。每次使用+，substring()等方法时，都会创建一个新的String对象。这是因为String类被设计为final，所有的成员方法也不会改变其值。

7.2 为什么要设计String类为不可变类？

答：String的不可变性为Java提供了一些优势。例如，String是不可变的，所以它是线程安全的，可以在多个线程共享。

7.3 ==和equals()在比较字符串时有何不同？

答：==运算符比较的是两个字符串对象的内存地址，而equals()方法比较的是两个字符串的内容。在大多数情况下，我们应该使用equal()方法来比较字符串是否相等。

7.4 String类的intern方法的作用是什么？

答：intern()方法用于返回字符串对象的规范表示形式。它会首先检查字符串常量池中是否已经存在等于此String对象的字符串。如果存在，那么返回常量池中的字符串。如果不存在，此String对象会被添加到字符串常量池中，并返回此String对象的引用。

7.5 什么是StringBuffer和StringBuilder，它们和String有什么区别？

答：StringBuffer和StringBuilder类也用于处理字符串，但它们和String的主要区别在于它们是可变的。也就是说，你可以再原位置上修改StringBuffer和StringBuilder的内容，而不会创建新的对象。StringBuilder在大多数实现中比StringBuffer更快，因为它是非同步的。

7.6 解释一下Java中的String Pool？

答:在Java中，String Pool是JVM的特定区域，用于存储所有的字符串字面量。当你创建一个新的字符串字面量时，JVM会首先检查String Pool中是否已经存在相同的字符串。如果存在，JVM就会返回对该字符串的引用，而不是创建新的字符串。如果不存在，JVM就会在String Pool中创建一个新的字符串。