浅谈Java String数据类型

原创已于 2023-05-18 16:08:05 修改 · 2.8k 阅读

9 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#java #jvm #后端

于 2023-02-06 00:16:50 首次发布

文章详细介绍了Java中的String数据类型，包括其不可变性、常量池的概念以及为何设计为不可变。此外，还讨论了StringBuffer和StringBuilder的区别，以及StringUtils库在处理字符串时的安全性和便利性。

1.String数据类型简介

String表示字符串类型，属于引用数据类型，不属于基本数据类型。

在java中随便使用双引号括起来的都是String对象。例如：“a”，“ab”，“hello world!”，这是3个String对象。

我们查看源码可得知，String数据类型是由一个一个char类型拼接起来的：

所以，String类型实际上是一个字符数组，例如字符串"ab c"实际上是char数组['a','b',' ','c']。

所以在java底层，String类型实际上是有通过编码表（ASCII、UTF-8、GBK等），将对应的字符数组转换成对应的数值，再转换成二进制数进行存储。

String被当作变量时,其长度由String存储方式决定。在JAVA SE 9之前，String内部是由char数组存储的，数组最大长度为Integer.MAX_VALUE，即2^31-1，并且char的取值范围在0~65535之间，占两个字节，因此String的最大长度为429496967294字节，运行时需要大约4GB的内存才能存储；JAVA SE 9及其后续版本将char数组改为byte数组，因此String的最大长度为2147483647字节。

2.String常量池

String数据类型不同于其他基本数据类型，它属于引用数据类型，String是一个类，所以他有以下两种声明方式：

String s1 = "abc";
String s2 = new String("abc");

String数据类型的赋值会使用到字符集常量池这一概念。字符串常量池(String pool, String intern pool, String保留池) 是Java堆内存中一个特殊的存储区域，当创建一个String对象时，假如此字符串值已经存在于常量池中，则不会创建一个新的对象，而是引用已经存在的对象。

如上图，给s1直接赋值"abc"时，会先去常量池检索是否有这个值。没有则在常量池中创建该值并存储，然后使得s1指向该地址；有则使得变量直接指向该地址即可。

如使用new String()创建s2赋值"abc"，则先会在堆中创建String实例对象，然后指向栈中的常量池中的字符串值。

所以，变量s1的地址是常量池中字符串"abc"的地址，而变量s2的地址是堆中String实例对象的地址。两者字符串值相等，但地址是不一样的。

我们查看以下代码进行验证：

String s1 = "abc";
String s3 = "abc";

System.out.println(s1==s3);

s1==s3比较的是两者的地址，两者都指向常量池中的"abc"的地址，所以会输出为true。

我们进行以下变换：

String s1 = "abc";
String s2 = "ab";
String s3 = s2+"c";
        
System.out.println(s1==s3);

输出结果为false。因为s3为一个变量，不是从常量池中直接获取的"abc"。而String是不可变的，而String的+操作其实是不断新建一个String对象进行拼接。

上述代码实际上是获取变量s2的值后，调用stringBuilder.append()方法给s2赋值。所以s3的"abc"不是从常量池中获得的，而是通过StringBuilder新建的一个对象。

只有当我们的代码为：String s3 = "ab"+"c"时，才是从常量池进行拿值，才会为true。

所以，如果我们要判断两个字符串的值是否相等，会使用equal()方法：

s1.equals(s3)

3.String为什么设计成不可变的

在java中String类型的值是不可改变的。比如我们有一个字符串变量s = “a”，然后我们再对s赋值为”b”，看上去我们改变了字符串s的值，而实际上，是在常量池中新建了一个字符串”b”，然后让s从指向”a”变成了指向”b”。

在String类源码中我们可查得， String类的值value是一个final修饰的变量，也就是不可改变的，String类中也没有相关的构造方法对其值进行修改。而且String类本身也是被final修饰的，所以也不可被继承后再进行修改。

而之所以这样设计，好处有以下：

如图，当s1和s2同时指向a时，如果修改s1的值为b，使得常量池中a变为b，那么会使得s2的值也随之修改。而让s1指向b进行修改，则不会有以上错误。
HashMap中String的值是不可变的，才会让查询变得有迹可循（根据Key查Value），不会使得HashCode发送变化。
线程安全。因为String是不可变的，所以可以被多个线程所共享，不存在线程安全问题。

4.StringBuffer

String是一个不可变的字符序列，而StringBuffer则是一个可变的字符序列。我们可以将其看做一个高级的String。换言之，在使用 StringBuffer 类时，每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象，所以如果需要对字符串进行修改推荐使用 StringBuffer。

声明方式如下：

        // 定义一个空的字符串缓冲区，含有16个字符的容量
        StringBuffer s1 = new StringBuffer();
        // 定义一个含有10个字符容量的字符串缓冲区
        StringBuffer s2 = new StringBuffer(10);
        // 定义一个含有(16+5)的字符串缓冲区，"ab cd"为5个字符
        StringBuffer s3 = new StringBuffer("ab cd");

下面是StringBuffer的一些常用方法（添加、按下标添加、删除）：

        StringBuffer buffer = new StringBuffer("hello");    // 创建一个 StringBuffer 对象
        //追加
        buffer.append(" World!");    
        System.out.println(buffer);
        //根据坐标插入
        buffer.insert(5,",");
        System.out.println(buffer);
        //根据坐标删除
        buffer.delete(6,7);
        System.out.println(buffer);
        //反转字符串内容
        buffer.reverse();
        System.out.println(buffer);

结果如下：

可以看到，append是直接在后面添加字符串；insert是根据坐标（从0开始）插入字符；delete是根据起始和结束坐标，删除字符或字符串；reverse对字符串内容进行反转。

而StringBuffer可变的原理，主要是通过数组复制得到的。例如：s1是"abc"要在后面追加"de"，他会首先计算好最终的数组长度为5，然后创建一个长度为5的空char数组。再通System.arraycopy()方法把原值复制进去，再把追加值复制在后面。

5.StringBuilder

StringBuilder 与StringBuffer类似，他也是可变的。它和 StringBuffer 之间的最大不同在于 StringBuilder 的方法不是线程安全的（不能同步访问）。但由于 StringBuilder 相较于 StringBuffer 有速度优势，所以多数情况下会使用 StringBuilder 类。

其内部方法和StringBuffer是一致的。

下面简单介绍一下StringBuffer和StringBuilder和String类型之间的转换：

        StringBuilder builder = new StringBuilder("abc");
        String str = builder.toString();

6.StringUtils

最后是StringUtils，一般我们会在springboot中通过导入依赖的方式使用：

    <dependency>
         <groupId>org.apache.commons</groupId>
         <artifactId>commons-lang3</artifactId>
         <version>3.4</version>
    </dependency>

StringUtils是JDK提供的String类型操作方法的补充，比String操作字符串更加安全，主要解决了尽管输入参数String为null，也不会抛出NullPointException。

下面介绍一些常用的方法：

        String str1 = " ab cd  ";
        String str2 = "  ";
        String str3 = "  ";
        String str4 = "abc d";
        //去除首尾空格
        System.out.println(StringUtils.trim(str1));
        //判空，空格为非空
        System.out.println(StringUtils.isEmpty(str2));
        //判空，空格也为空
        System.out.println(StringUtils.isBlank(str3));
        //首字母大小写转换
        System.out.println(StringUtils.capitalize(str4));
        //替换字符，若被替换的是null，贼返回原字符
        System.out.println(StringUtils.replace(str4," ",","));

输出结果如下：