在 Java 中，字符串 (String) 是最常用的数据类型之一，用于表示一系列字符。Java 中的字符串是不可变的，这意味着字符串一旦创建，其内容就不能被更改。字符串在 Java 中被设计为 String 类的对象，位于 java.lang 包中。

字符串的特点

1. 不可变性：Java 的字符串是不可变对象，一旦创建就无法更改其值。如果需要修改字符串，系统会创建一个新的字符串对象来存储新的值。
2. 字符串常量池：为了节约内存，Java 会将字符串字面量存储在一个称为“字符串常量池”的共享池中。如果两个字符串的值相同，它们会引用同一个内存地址。字符串常量池位于方法区（JDK 8 之前）或元空间（JDK 8 及之后）的内存中。
3. 通过对象引用使用：String 是一个引用数据类型，而不是基本数据类型，所有字符串都是 String 类的对象。

字符串的创建

Java 提供了多种方式来创建字符串：

• 使用字符串字面量：

  String greeting = "Hello, World!";
  

  使用字面量创建字符串会将其放入字符串常量池中，如果存在相同内容的字符串，就会引用已经存在的字符串对象。

• 使用 new 关键字：

  String greeting = new String("Hello, World!");
  

  使用 new 关键字创建字符串时，会强制创建一个新的字符串对象，即使字符串常量池中已经存在相同内容的字符串。

字符串常用操作

Java 提供了丰富的方法来操作字符串，以下是一些常用操作：

1. 获取字符串长度：使用 length() 方法。

   String str = "Java";
   int length = str.length(); // 返回 4
   

2. 字符串拼接：使用 + 运算符或 concat() 方法。

   String firstName = "John";
   String lastName = "Doe";
   String fullName = firstName + " " + lastName; // 使用 + 进行拼接
   String fullName2 = firstName.concat(" ").concat(lastName); // 使用 concat() 方法
   

3. 字符串比较：使用 equals() 方法或 equalsIgnoreCase() 方法。

   String str1 = "Hello";
   String str2 = "hello";
   boolean isEqual = str1.equals(str2); // 返回 false
   boolean isEqualIgnoreCase = str1.equalsIgnoreCase(str2); // 返回 true
   

4. 查找字符或子串：使用 indexOf() 方法。

   String str = "Hello, World!";
   int index = str.indexOf("World"); // 返回 7
   

5. 字符串替换：使用 replace() 方法。

   String str = "Hello, Java!";
   String replacedStr = str.replace("Java", "World"); // 返回 "Hello, World!"
   

6. 子字符串提取：使用 substring() 方法。

   String str = "Hello, World!";
   String subStr = str.substring(7, 12); // 返回 "World"
   

7. 转换大小写：使用 toUpperCase() 和 toLowerCase() 方法。

   String str = "Java";
   String upperStr = str.toUpperCase(); // 返回 "JAVA"
   String lowerStr = str.toLowerCase(); // 返回 "java"
   

字符串的不可变性与 StringBuilder / StringBuffer

由于字符串的不可变性，每次对字符串进行修改（例如拼接）都会创建一个新的对象，这样在频繁修改字符串时会导致大量内存开销。为了高效地处理可变字符串，Java 提供了两个可变的字符串类：

1. StringBuilder：用于处理可变字符串，线程不安全，但效率高。

   StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
   sb.append(", World!");
   String result = sb.toString(); // 返回 "Hello, World!"
   

2. StringBuffer：与 StringBuilder 类似，但线程安全，适用于多线程环境。

   StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
   sb.append(", World!");
   String result = sb.toString(); // 返回 "Hello, World!"
   

常见的应用场景

1. 文本操作：String 用于存储和操作文本，如用户输入的数据、文件内容等。
2. 频繁修改的字符串：对于频繁修改的字符串，建议使用 StringBuilder 或 StringBuffer，以提高性能。
3. 连接和格式化：StringBuilder 在需要大量拼接字符串的场景中非常有用，例如生成 HTML 内容或 SQL 查询。

Java字符串的常见问题

1. 字符串比较错误

   • 在 Java 中，使用 == 来比较字符串时，比较的是两个字符串对象的引用，而不是它们的内容。因此，即使两个字符串具有相同的内容，== 也可能返回 false。
   • 正确的方法是使用 equals() 方法来比较字符串内容。

   String str1 = "Hello";
   String str2 = new String("Hello");
   System.out.println(str1 == str2); // 可能返回 false
   System.out.println(str1.equals(str2)); // 返回 true
   

2. 字符串的不可变性导致性能问题

   • 由于字符串不可变，每次对字符串进行修改（如拼接）时，都会创建一个新的对象，这会导致大量内存开销，尤其是在循环中频繁修改字符串时。
   • 解决方法是使用 StringBuilder 或 StringBuffer，它们是可变的，适合在需要频繁修改字符串的场景中使用。

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

3. 空指针异常 (NullPointerException)

   • 当调用字符串方法时，如果字符串为 null，则会抛出空指针异常。例如：

   String str = null;
   int length = str.length(); // 会抛出 NullPointerException
   

   • 解决方法是先检查字符串是否为 null，可以使用 if (str != null) 进行判断，或者使用 Objects.isNull() 方法。

4. 字符串拼接的效率问题

   • 使用 + 运算符拼接字符串在编译时会转换为 StringBuilder 的操作，但如果在循环中频繁使用 + 拼接字符串，性能会很低，因为每次拼接都会创建新的对象。
   • 最佳做法是在循环中使用 StringBuilder，以避免不必要的对象创建和内存开销。

5. 字符串常量池的使用和内存问题

   • 当使用字符串字面量时，字符串会存储在字符串常量池中。如果字符串数量较多，可能会占用大量内存。
   • 解决方法是尽量重用已有的字符串，而不是使用 new String() 创建新的字符串对象。

6. 处理包含特殊字符的字符串

   • 在处理包含特殊字符（如换行符、引号等）的字符串时，需要使用转义字符：

   String str = "He said, \"Hello, World!\"";
   

   • 对于包含大量特殊字符的字符串，可以使用文本块（JDK 13+）来简化表示：

   String textBlock = """
   This is a text block
   that spans multiple lines
   """;