不懂String？Java中String底层原理详细解析，以及String常见的错误和解决方式，跟着我带你get到String精髓

       Java中的String是一个非常常用的类，用于表示不可变的字符序列。下面对String类的底层原理进行详细说明，并附带代码和经常遇到的错误解析。

目录

底层原理

经常遇到的错误解析

String类的重要知识点补充

String的特性

不可变性

比较字符串

字符串格式化

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底层原理

   String类使用一个char类型的数组来保存字符串中的每个字符，同时还有一个int类型的变量count来表示字符串的长度。由于String类是不可变的，因此一旦创建了一个String对象，就不能修改其中的字符序列。

       当使用String类的构造方法创建一个新的字符串时，会在堆内存中创建一个新的对象，该对象包含一个指向字符数组的引用，字符数组中保存了字符串中的每个字符。例如，以下代码会在堆内存中创建一个新的String对象，并将其赋值给str变量：

String str = new String("Hello World");

       当使用字符串字面量创建一个新的字符串时，会首先在常量池中查找是否存在相同的字符串，如果存在，则返回常量池中的字符串对象的引用；如果不存在，则在常量池中创建一个新的字符串对象，并返回其引用。例如，以下代码会在常量池中创建一个新的字符串对象，并将其引用赋值给str变量：

String str = "Hello World";

由于字符串在Java中是不可变的，因此对字符串进行修改时，实际上是创建了一个新的字符串对象。例如，以下代码会创建一个新的String对象，并将其引用赋值给str变量：

str = str + "!!";

• 经常遇到的错误解析

由于String对象不可变，因此在使用字符串时需要注意以下几点：

• 当使用字符串拼接操作时，会创建多个新的String对象，可能会占用较多的内存空间。如果需要频繁地对字符串进行拼接操作，建议使用StringBuilder或StringBuffer类，它们可以有效地避免创建过多的字符串对象。
• 当使用==运算符比较两个字符串时，比较的是两个字符串对象的引用是否相等，而不是字符串中保存的字符序列是否相等。如果需要比较字符串中保存的字符序列是否相等，可以使用equals()方法。
• 当使用String类的substring()方法获取字符串的子串时，会创建一个新的String对象来保存子串。如果原字符串较长，而只需要获取其中的一部分，可能会占用较多的内存空间。如果需要频繁地获取字符串的子串，建议使用String类的substring()方法配合StringBuilder或StringBuffer类，可以避免创建过多的字符串对象。

下面是一个简单的示例代码，用于演示String类的底层原理：

public class StringDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("Hello World");
        String str2 = "Hello World";
        String str3 = str2 + "!!";
        String str4 = str1.substring(6);
        System.out.println(str1);
        System.out.println(str2);
        System.out.println(str3);
        System.out.println(str4);
        System.out.println(str1 == str2);
        System.out.println(str2 == str3);
        System.out.println(str1.equals(str2));
        System.out.println(str2.equals(str3));
    }
}

该代码会输出以下结果：

Hello World
Hello World
Hello World!!
World
false
false
true
false

       可以看到，str1和str2是不同的对象，它们的引用不相同；str3是一个新的对象，它的引用也不同于str1和str2；str4是一个新的对象，它的字符序列是从str1中截取的一部分。

• String类的重要知识点补充

       除了上述介绍的String类的底层原理和常见错误之外，下面再补充一些关于String类的重要知识点。

       在Java中，字符串常量池是一个特殊的内存区域，用于存储字符串字面量。当使用字符串字面量创建一个新的字符串时，会首先在常量池中查找是否存在相同的字符串，如果存在，则返回常量池中的字符串对象的引用；如果不存在，则在常量池中创建一个新的字符串对象，并返回其引用。例如，以下代码会在常量池中创建一个新的字符串对象，并将其引用赋值给str变量：

String str = "Hello World";

       由于字符串常量池是一个特殊的内存区域，因此字符串字面量创建的字符串对象可以被多个变量共享。例如，以下代码会创建两个字符串变量，并且它们共享同一个字符串对象：

String str1 = "Hello World";
String str2 = "Hello World";
System.out.println(str1 == str2); // true

       需要注意的是，如果使用new关键字创建一个新的字符串对象，那么该对象不会被存储在字符串常量池中，而是会被存储在堆内存中。例如，以下代码会在堆内存中创建一个新的String对象，并将其引用赋值给str变量：

String str = new String("Hello World");

String的特性及使用解析

• 不可变性

String类的不可变性是指一旦创建了一个String对象，就不能修改其中的字符序列。这种设计有以下优点：

• 线程安全：由于String对象是不可变的，因此可以在多个线程之间共享，而无需进行同步操作。
• 缓存哈希值：由于String对象的哈希值是根据其中的字符序列计算得到的，因此可以在第一次计算哈希值时进行缓存，以提高后续的哈希值计算速度。

需要注意的是，虽然String对象是不可变的，但是可以通过反射机制来修改其中的字符序列。这种方式是不安全的，因此应该尽量避免使用。

• 比较字符串

       在Java中，有两种比较字符串的方式：使用==运算符或者使用equals()方法。使用==运算符比较两个字符串时，比较的是两个字符串对象的引用是否相等，而不是字符串中保存的字符序列是否相等。例如，以下代码会输出false：

String str1 = "Hello World";
String str2 = "Hello World";
System.out.println(str1 == str2); // false

       如果需要比较字符串中保存的字符序列是否相等，可以使用equals()方法。例如，以下代码会输出true：

String str1 = "Hello World";
String str2 = "Hello World";
System.out.println(str1.equals(str2)); // true

       需要注意的是，当使用equals()方法比较两个字符串时，它会先比较字符串的长度是否相等，如果长度不相等，则返回false；否则，再比较每个字符是否相等。

• 字符串操作

在Java中，String类提供了很多常用的字符串操作方法，例如：

• length()：用于获取字符串的长度。
• charAt(int index)：用于获取字符串中指定位置的字符。
• indexOf(char ch)：用于查找字符在字符串中第一次出现的位置。
• lastIndexOf(char ch)：用于查找字符在字符串中最后一次出现的位置。
• startsWith(String prefix)：用于判断字符串是否以指定的前缀开头。
• endsWith(String suffix)：用于判断字符串是否以指定的后缀结尾。
• substring(intbeginIndex)：用于截取字符串中从指定位置开始到字符串末尾的子串。
• substring(int beginIndex, int endIndex)：用于截取字符串中从指定位置开始到指定位置结束的子串。
• toLowerCase()：用于将字符串中的所有字符转换为小写。
• toUpperCase()：用于将字符串中的所有字符转换为大写。
• trim()：用于删除字符串中开头和结尾的空格。
• replace(char oldChar, char newChar)：用于将字符串中所有的旧字符替换为新字符。
• replaceAll(String regex, String replacement)：用于将字符串中所有匹配正则表达式的子串替换为指定的字符串。

需要注意的是，String类中的这些方法并不会修改原始字符串，而是返回一个新的字符串对象。因此，如果需要修改一个字符串，必须重新赋值给一个变量。

• 字符串格式化

       在Java中，可以使用String.format()方法将字符串格式化成指定的格式。该方法使用格式化字符串和参数列表来构建新的字符串。例如，以下代码会输出格式化后的字符串：

String name = "Alice";
int age = 25;
String message = String.format("My name is %s and I am %d years old.", name, age);
System.out.println(message); // My name is Alice and I am 25 years old.

       在格式化字符串中，可以使用占位符来指定参数的位置和格式。常用的占位符有：

• %s：用于字符串。
• %d：用于整数。
• %f：用于浮点数。
• %c：用于字符。
• %b：用于布尔值。
• %t：用于日期和时间。
• %n：用于换行符。

       需要注意的是，占位符中可以指定参数的位置和格式，例如%1$s表示第一个参数是字符串类型。此外，还可以使用一些格式化选项来指定参数的格式，例如：

• %d：用于十进制整数。
• %x：用于十六进制整数。
• %o：用于八进制整数。
• %f：用于浮点数。
• %e：用于科学计数法表示的浮点数。

       可以在占位符和格式化选项之间使用$符号来指定参数的位置，例如%1$d表示第一个参数是十进制整数。此外，还可以使用一些特殊字符来指定参数的宽度、精度、对齐方式等，例如：

• %-10s：左对齐，并占用10个字符的宽度。
• %10s：右对齐，并占用10个字符的宽度。
• %.2f：保留两位小数。

       需要注意的是，格式化字符串中需要转义一些特殊字符，例如%、$等。可以使用双%%来表示一个百分号，例如%%表示一个百分号。