Java String类是开发过程中最为基础且使用频率极高的类之一，其不可变性、常量池机制以及各种实用方法都是构建高效、稳定应用的关键。本文将从底层实现到实际应用，全面剖析String类的特性与使用技巧。
在Java开发中，String类是开发者必须掌握的核心类之一。无论是日常的字符串拼接、比较，还是复杂的文本处理，都离不开它的身影。然而，很多开发者在使用String时，往往只停留在表面，对其底层实现和核心特性一知半解。本文将深入解析String类的不可变性、创建方式以及常用方法，帮助你写出更高效、更健壮的代码。
String类的核心特性：不可变性
String类最核心的特性是不可变性，即一旦一个String对象被创建，它的值就无法被修改。很多开发者可能会疑惑：我们平时写的String str = "abc"; str = "def";看起来像是在修改字符串，但其实不然。这里的“修改”本质上是让str变量重新指向了一个新的String对象"def"，而原来的"abc"对象并没有被改变，最终会被垃圾回收器回收。
从JDK 8的源码来看，String类被final修饰，意味着它不能被继承；同时，存储字符串数据的value数组也是final修饰的，这保证了value数组的引用地址无法被修改。虽然value数组本身是可以修改的（比如通过反射），但Java官方并未提供这样的接口，因此从开发者的角度来看，String对象就是不可变的。
不可变性带来的优势包括：线程安全、字符串常量池复用以及哈希值缓存。这些特性使得String类在多线程环境下更加可靠，同时减少了内存占用，提升了集合类的性能。
String对象的创建方式：常量池 vs 堆内存
Java中创建String对象主要有两种方式，这两种方式的底层实现和内存分配完全不同，是面试中的高频考点。
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直接赋值方式（常量池）
当我们使用String str = "abc";这种方式创建对象时，JVM会先去字符串常量池中查找是否存在"abc"这个字符串。如果存在，直接将常量池中的对象引用赋值给str；如果不存在，就会在常量池中创建一个"abc"对象，再将引用赋值给str。这种方式确保了字符串的复用，从而减少了内存消耗。 -
new关键字方式（堆内存）
当使用String str = new String("abc");创建对象时，JVM会先在堆内存中创建一个String对象，然后去字符串常量池中查找是否存在"abc"。如果常量池中没有"abc"，会先在常量池中创建一个"abc"对象，再将堆内存中对象的value数组指向常量池中的value数组；最后将堆内存中对象的引用赋值给str。也就是说，这种方式至少会创建一个对象，最多会创建两个对象（常量池不存在时）。
通过一个简单的例子可以验证这两种方式的区别：
String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");
System.out.println(str1 == str2); // false
在这个例子中，str1和str2虽然都指向"abc"，但它们分别位于常量池和堆内存中，因此==比较返回false。而equals方法则会比较字符串的实际内容，因此返回true。
String类的常用方法实战
String类提供了大量实用的方法，下面介绍几个开发中最常用的方法及使用注意事项。
- 字符串拼接：+ 运算符 vs concat方法
字符串拼接是最常见的操作，我们可以使用+运算符或concat方法。需要注意的是，由于String的不可变性，每次拼接都会创建一个新的String对象，效率较低。
示例：
java
String str1 = "a";
String str2 = str1 + "b"; // 创建新对象"ab"
String str3 = str2.concat("c"); // 创建新对象"abc"
如果需要大量拼接字符串，建议使用StringBuilder（非线程安全，效率高）或StringBuffer（线程安全，效率稍低），它们的底层是可变的字符数组，不会频繁创建新对象。
- 字符串查找：indexOf vs contains
indexOf方法用于查找指定字符或字符串在当前字符串中的索引位置，若不存在则返回-1；contains方法用于判断当前字符串是否包含指定字符序列，其底层其实就是调用indexOf方法实现的。
示例：
java
String str = "Hello Java";
System.out.println(str.indexOf("Java")); // 6
System.out.println(str.indexOf("Python")); // -1
System.out.println(str.contains("Java")); // true
使用indexOf可以获取字符或子串的位置，而contains则用于快速判断是否包含某个字符序列，尤其适合在需要频繁判断字符串内容时使用。
- 字符串截取：substring
substring方法用于截取字符串的一部分，有两个重载方法： substring(int beginIndex)：从beginIndex开始截取到末尾。substring(int beginIndex, int endIndex)：截取[beginIndex, endIndex)区间的字符串，左闭右开。
示例：
java
String str = "Hello Java";
System.out.println(str.substring(6)); // Java
System.out.println(str.substring(0, 5)); // Hello
substring方法非常适合在需要截取字符串内容时使用，但需要注意参数的合法性，避免越界错误。
- 字符串转换：toLowerCase vs toUpperCase vs valueOf
toLowerCase和toUpperCase方法分别用于将字符串转换为小写和大写；valueOf方法是静态方法，用于将其他类型（如int、boolean、Object等）转换为String类型，非常常用。
示例：
java
String str1 = "HELLO";
String str2 = str1.toLowerCase(); // hello
String str3 = str2.toUpperCase(); // HELLO
String str4 = String.valueOf(123); // "123"
toLowerCase和toUpperCase通常用于字符串的格式化处理，而valueOf则用于将不同类型的数据转换为字符串，尤其在处理数据类型转换时非常有用。
使用String类的常见坑
- 频繁拼接字符串导致内存溢出
如前所述，由于String的不可变性，频繁使用+运算符拼接字符串会创建大量临时对象，占用大量内存，甚至可能导致内存溢出。在循环中拼接字符串时，一定要使用StringBuilder或StringBuffer。
示例：
java
String result = "";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
result += i; // 频繁创建新对象，效率低
}
优化后的代码：
java
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
sb.append(i); // 使用可变对象，提升效率
}
String result = sb.toString();
- 误用==比较字符串内容
很多新手会习惯性地使用==比较两个字符串的内容，但实际上==比较的是对象的引用地址。只有当两个字符串对象指向同一个引用时，==才会返回true，否则返回false。正确的做法是使用equals方法，或者使用Objects.equals方法（可以避免空指针异常）。
示例：
java
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1 == str2); // true
String str3 = new String("abc");
System.out.println(str1 == str3); // false
在实际开发中，应始终使用equals方法来比较字符串内容，以确保代码的健壮性。
- 忽略String的空值判断
当调用一个为null的String对象的方法时，会抛出NullPointerException。因此，在使用String对象之前，一定要做好空值判断。推荐使用StringUtils.isEmpty(str)（需要导入org.apache.commons.lang3.StringUtils包），它可以同时判断字符串是否为null或空字符串。
示例：
java
String str = null;
if (StringUtils.isEmpty(str)) {
System.out.println("字符串为空或为null");
}
使用StringUtils.isEmpty可以有效避免空指针异常，提高代码的稳定性。
总结
String类是Java中最基础也最重要的类之一，掌握它的核心特性（不可变性）、创建方式（常量池vs堆内存）和常用方法，是写出高效、健壮代码的基础。同时，要注意避开频繁拼接、误用==、忽略空值判断等常见坑。希望通过本文的讲解，你能对Java String类有更深入的理解，并在实际开发中灵活运用。
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