Java字符串处理终极指南：String、StringBuilder与StringBuffer
一、String类全面解析
1. 基础特性与内存机制
- 不可变性原理：内部使用final char[]存储数据
- 字符串常量池：JVM维护的特殊存储区域
- 内存布局示例：
String s1 = "hello"; // 常量池String s2 = new String("hello"); // 堆内存String s3 = s2.intern(); // 返回常量池引用
2. 完整API详解
构造方法全集
// 空字符串构造
String empty = new String();// 字节数组构造
byte[] bytes = {104, 101, 108, 108, 111};
String fromBytes = new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8);// 字符数组构造
char[] chars = {'h','e','l','l','o'};
String fromChars = new String(chars, 1, 3); // "ell"// 字符串缓冲构造
StringBuffer sb = new StringBuffer("buffer");
String fromBuffer = new String(sb);
查询方法全集
String sample = "Hello Java";// 基础查询
int len = sample.length(); // 10
char ch = sample.charAt(4); // 'o'
int code = sample.codePointAt(4); // 111// 比较方法
boolean eq = sample.equals("hello java"); // false
boolean eqIC = sample.equalsIgnoreCase("hello java"); // true
int cmp = sample.compareTo("Hello"); // 5// 搜索方法
int idx1 = sample.indexOf('a'); // 7
int idx2 = sample.indexOf("Java"); // 6
int idx3 = sample.lastIndexOf('a'); // 9
修改方法全集
String original = "Java";// 拼接
String concated = original.concat("8"); // "Java8"// 替换
String replaced1 = original.replace('a', 'A'); // "JAvA"
String replaced2 = original.replaceAll("a", "A"); // "JAvA"
String replaced3 = original.replaceFirst("a", "A"); // "JAva"// 大小写
String upper = original.toUpperCase(); // "JAVA"
String lower = original.toLowerCase(); // "java"// 子串
String sub1 = original.substring(1); // "ava"
String sub2 = original.substring(1,3); // "av"// 去除空格
String spaced = " Java ";
String trimmed = spaced.trim(); // "Java"
String stripped = spaced.strip(); // "Java" (Java 11+)
二、StringBuilder深度剖析
1. 内部实现原理
- 动态数组：初始容量16，自动扩容(2n+2)
- 关键字段：
char[] value; // 存储字符int count; // 实际字符数
2. 完整API手册
构造方法
StringBuilder sb1 = new StringBuilder(); // 容量16
StringBuilder sb2 = new StringBuilder(100); // 指定容量
StringBuilder sb3 = new StringBuilder("Init"); // 初始值+16
修改操作
StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");// 追加
sb.append(" World"); // 支持所有基本类型
sb.appendCodePoint(65); // 追加Unicode字符'A'// 插入
sb.insert(5, ","); // 在索引5处插入
sb.insert(5, 123); // 插入数字// 删除
sb.delete(5, 8); // 删除索引5-7
sb.deleteCharAt(5); // 删除单个字符// 替换
sb.replace(5, 10, "Java"); // 替换指定区间
sb.setCharAt(1, 'E'); // 替换单个字符// 容量管理
sb.ensureCapacity(200); // 确保最小容量
sb.trimToSize(); // 缩容到实际大小
查询操作
int len = sb.length(); // 当前长度
int cap = sb.capacity(); // 当前容量
char c = sb.charAt(2); // 获取字符
String sub = sb.substring(1, 4); // 获取子串
三、StringBuffer全面解析
1. 线程安全实现
- 同步机制：所有方法使用synchronized修饰
- 性能影响：比StringBuilder慢20-30%
2. 完整API参考
StringBuffer sbf = new StringBuffer("Thread");// 追加(线程安全)
sbf.append(" Safe").append(1.0);// 插入(线程安全)
sbf.insert(6, "ing-");// 其他方法与StringBuilder一致
sbf.replace(0, 6, "Process");
sbf.delete(7, 12);
sbf.reverse();
四、三者的深度对比
1. 性能基准测试
// 测试代码示例
long start = System.nanoTime();
String result = "";
for(int i=0; i<100000; i++) {result += i; // String拼接
}
long stringTime = System.nanoTime() - start;start = System.nanoTime();
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for(int i=0; i<100000; i++) {sb.append(i);
}
long builderTime = System.nanoTime() - start;// 典型结果(纳秒):
// String: 5000000
// StringBuilder: 100000
// StringBuffer: 150000
2. 内存使用分析
| 类型 | 内存特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| String | 产生大量临时对象 | 静态字符串、常量 |
| StringBuilder | 单对象操作，内存利用率高 | 单线程字符串构建 |
| StringBuffer | 同步开销带来额外内存消耗 | 多线程环境字符串构建 |
3. 线程安全对比
// StringBuffer的线程安全实现示例
public synchronized StringBuffer append(String str) {toStringCache = null;super.append(str);return this;
}
五、高级应用场景
1. 超大文本处理
// 使用StringBuilder处理MB级文本
StringBuilder hugeText = new StringBuilder(10_000_000);
try(BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("big.txt"))) {String line;while((line = br.readLine()) != null) {hugeText.append(line).append("\n");}
}
2. 正则表达式高效处理
Pattern pattern = Pattern.compile("\\d+");
Matcher matcher = pattern.matcher(text);
StringBuilder numbers = new StringBuilder();
while(matcher.find()) {numbers.append(matcher.group()).append(",");
}
3. 复杂字符串构建
StringBuilder sql = new StringBuilder(256);
sql.append("SELECT * FROM users").append(" WHERE age > ").append(minAge).append(" AND name LIKE '").append(namePattern).append("'").append(" ORDER BY ").append(sortField);
六、最佳实践总结
1. 性能优化技巧
-
预设容量：根据最终大小初始化StringBuilder
StringBuilder sb = new StringBuilder(estimatedLength); -
批量操作：减少方法调用次数
sb.append("Name:").append(name).append(", Age:").append(age); -
避免链式toString：
// 不好String result = new StringBuilder().append(a).append(b).toString();// 更好StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.append(a);sb.append(b);String result = sb.toString();
2. 线程安全方案
// 方案1：使用StringBuffer
StringBuffer safeBuffer = new StringBuffer();// 方案2：包装StringBuilder
StringBuilder builder = new StringBuilder();
Object lock = new Object();synchronized(lock) {builder.append(threadSafeData);
}
3. 常见陷阱规避
- 字符串拼接陷阱：
// 错误示范（产生大量临时对象）for(String item : list) {result += item;}// 正确做法StringBuilder sb = new StringBuilder();for(String item : list) {sb.append(item);}
- 编码问题：
// 指定字符集处理字节String fromBytes = new String(bytes, "UTF-8");
七、API速查手册
String核心方法速查
charAt(), codePointAt(), compareTo(),
concat(), contains(), contentEquals(),
endsWith(), equals(), equalsIgnoreCase(),
format(), getBytes(), indexOf(),
intern(), isEmpty(), isBlank(),
join(), lastIndexOf(), length(),
matches(), replace(), replaceAll(),
replaceFirst(), split(), startsWith(),
substring(), toCharArray(), toLowerCase(),
toString(), toUpperCase(), trim(),
valueOf(), strip(), repeat()
StringBuilder/StringBuffer方法速查
append(), capacity(), charAt(),
delete(), deleteCharAt(), ensureCapacity(),
getChars(), indexOf(), insert(),
lastIndexOf(), length(), replace(),
reverse(), setCharAt(), setLength(),
subSequence(), substring(), toString(),
trimToSize(), appendCodePoint(), codePointAt()# Java字符串处理终极指南：String、StringBuilder与StringBuffer
