带你从零学大数据系列之Java篇---第十三章:字符串

课程重点:

• 字符串概念
• 字符串的内存理解
• 字符串的常用方法
• 可变字符串的常用方法

13.1. 字符串的简介

13.1.1. 字符串的概念

字符串， 其实是由若干个字符组成的一个有序序列。 用String来表示一个字符串。

字符串中的内容， 用双引号括起来。 在双引号中， 字符的数量不限制， 可以是0个， 可以是1个， 也可以是多个。

String str1 = "hello world";

13.1.2. 字符串的内存分析

字符串， 是一个引用数据类型。 但是字符串的引用， 和之前在面向对象部分的引用有一点差别。

差别： 类的对象， 是在堆上开辟的空间。 字符串， 是在 常量池 中开辟的空间。 （常量池， 是在方法区中的一个子空间）

• String str = "hello world";
  • 此时， "hello world"， 是在 常量池 中开辟的空间。 str里面存储的， 其实是常量池中的某一个内存的地址。
  • 当 str = "30"； 的时候， 其实， 并不是修改了 str指向的空间中的内容。 因为常量池空间特性， 一个空间一旦开辟完成了， 里面的值是不允许修改的。 此时， 是在常量池中开辟了一块新的空间， 存储了 "30"， 并把这个新的空间的地址给str赋值了。
  • 字符串类型， 之所以选择在常量池中进行空间的开辟， 而不是在堆上。 原因是需要使用 享元原则 。

// 当第一次使用到"hello world"这个字符串的时候， 常量池中并没有这块内存。 
// 此时， 就需要去开辟一块新的空间， 存储为 "hello world"， 并且把空间的地址赋值给了str1。
String str1 = "hello world";

// 当再次使用到 "hello world" 这个字符串的时候， 常量池中现在是有这块空间的。
// 此时， 就不需要在开辟新的空间了， 直接将现有的这个空间地址赋值给 str2。
String str2 = "hello world";

// 即： str1 和 str2 现在都指向 "hello world"
System.out.println(str1 == str2);

• String str = new String("hello world");
  • String是一个Java中用来描述字符串的类， 里面是有构造方法的。
  • 通过String类提供的构造方法， 实例化的字符串对象， 在堆上开辟的空间。 在堆空间中， 有一个内部维护的属性， 指向了常量池中的某一块空间。

// 在堆上开辟了一个String对象的空间， 把这个堆上空间的地址给了str1
// 在堆空间中， 有一个内部的属性， 指向了常量池中的 "hello world"
String str1 = new String("hello world");

// 在堆上开辟了一个String对象的空间， 把这个堆上空间的地址给了str2
// 在堆空间中， 有一个内部的属性， 指向了常量池中的 "hello world"
String str2 = new String("hello world");

System.out.println(str1 == str2);		// false： 因为此时 str1和str2 里面存储的是两块堆空间的地址。
System.out.println(str1.equals(str2));	   // true: 因为在String类中，已经重写过equals方法了， 重写的实现为比较实际指向的常量池中的字符串。

13.1.3 字符串拼接的内存分析

• 直接使用两个字符串字面量进行拼接
  • 其实， 就是直接将两个由双引号直接括起来的字符串进行拼接 。 类似于 String str = "hello" + "world"; 。
  • 这里， 直接在常量池中进行空间操作。 将常量池中拼接之后的结果， 地址给 str 进行赋值。
• 使用一个字符串变量和其他的进行拼接
  • 这里的拼接， 不是在常量池中直接完成的。
  • 在这个拼接的过程中， 隐式的实例化了一个String类的对象， 在堆上开辟了空间。 堆上空间内部维护了一个指向了常量池中拼接结果的一个属性。 这个堆上的空间地址给左侧的引用进行了赋值。

13.2. 字符串的常用方法

13.2.1. 字符串的构造方法

13.2.1.1. 字符串构造方法列举

13.2.1.2. 示例代码

/**
* @Description 字符串的构造方法
*/
public class StringMethod1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 无参构造， 实例化一个空的字符串对象。 所谓的空字符串，其实是 "", 并不是null。
        String s1 = new String();   // String s1 = "";
        System.out.println(s1);

        // 2. 通过一个字符串， 实例化另外一个字符串。
        String s2 = new String("hello");
        System.out.println(s2);

        char[] arr1 = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };
        // 3. 通过一个字符数组， 实例化一个字符串。将字符数组中的所有的字符拼接到一起。
        String s3 = new String(arr1);
        System.out.println(s3);
        // 4. 通过一个字符数组， 实例化一个字符串。 将字符数组中的指定范围的字符拼接到一起。
        String s4 = new String(arr1, 2, 3);
        System.out.println(s4);

        byte[] arr2 = { 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104 };
        // 5. 将一个字节数组中的每一个字节，转成对应的字符，再拼接到一起，组成一个字符串。
        String s5 = new String(arr2);
        System.out.println(s5);
        // 6. 将一个字节数组中的offset位开始，取length个字节，将每一个字节，转成对应的字符，再拼接到一起，组成一个字符串。
        String s6 = new String(arr2, 2, 4);
        System.out.println(s6);
    }
}

13.2.2. 字符串的非静态方法

13.2.2.1. 前言

因为字符串， 是常量。 任何的修改字符串的操作， 都不会对所修改的字符串造成任何的影响。 所有的对字符串的修改操作， 其实都是实例化了新的字符串对象。 在这个新的字符串中， 存储了修改之后的结果。 并将这个新的字符串以返回值的形式返回。 所以， 如果需要得到对一个字符串修改之后的结果， 需要接收方法的返回值。

13.2.2.2. 常用的非静态方法

13.2.2.3. 示例代码

import java.util.Arrays;

/**
 * @Description 字符串常用的非静态方法
 */
public class StringMethod2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 字符串的拼接，效率比加号拼接高
        String ret1 = "hello".concat("world");
        System.out.println(ret1);       // helloworld

        // 2. 字符串截取
        String ret2 = "hello world".substring(3);
        System.out.println(ret2);       // lo world
        String ret3 = "hello world".substring(3, 8);
        System.out.println(ret3);       // lo wo
        // *. 字符序列截取
        CharSequence charSequence = "hello world".subSequence(3, 8);
        System.out.println(charSequence);

        // 3. 用新的字符替换原字符串中所有的旧的字符
        String ret4 = "hello world".replace('l', 'L');
        System.out.println(ret4);       // heLLo worLd
        // 4. 用新的字符序列替换原字符串中所有的旧的字符序列
        String ret5 = "hello world".replace("ll", "~");
        System.out.println(ret5);       // he~o world

        // 5. 转成字符数组
        char[] ret6 = "hello world".toCharArray();
        System.out.println(Arrays.toString(ret6));      // [h, e, l, l, o,  , w, o, r, l, d]
        // 6. 转成字节数组
        byte[] ret7 = "hello world".getBytes();
        System.out.println(Arrays.toString(ret7));      // [104, 101, 108, 108, 111, 32, 119, 111, 114, 108, 100]


        // 7. 获取某一个字符在一个字符串中第一次出现的下标。
        int ret8 = "hello world".indexOf('L');
        System.out.println(ret8);                   // 2
        // 8. 获取某一个字符在一个字符串中从fromIndex位开始往后，第一次出现的下标。
        int ret9 = "hello world".indexOf('l', 4);
        System.out.println(ret9);                   // 9
        // 9. 获取某一个字符在一个字符串中最后一次出现的下标。
        int ret10 = "hello world".lastIndexOf('o');
        System.out.println(ret10);                  // 7
        // 10. 获取某一个字符在一个字符串中，从fromIndex位开始往前，最后一次出现的下标
        int ret11 = "hello world".lastIndexOf('o', 5);
        System.out.println(ret11);                  // 4

        // 11. 字符串大小写字母转变
        System.out.println("hello WORLD".toUpperCase());
        System.out.println("hello WORLD".toLowerCase());

        // 12. 判断一个字符串中， 是否包含另外一个字符串。
        System.out.println("hello world".contains("loo"));

        // 需求：判断一个字符串中是否包含某一个字符
        // 答案：或者这个字符在字符串中出现的下标，如果不是-1，说明包含。

        // 13. 判断一个字符串， 是否是以指定的字符串作为开头。
        System.out.println("哈利波特与魔法石.mp4".startsWith("哈利波特"));
        System.out.println("哈利波特与魔法石.mp4".endsWith(".mp4"));

        // 14. 去除一个字符串首尾的空格
        System.out.println("        hello world        ".trim());

        // 15. 判断两个字符串的内容是否相同
        System.out.println("hello world".equals("HELLO WORLD"));
        System.out.println("hello world".equalsIgnoreCase("HELLO WORLD"));  // true

        // 16. 比较两个字符串的大小
        //     > 0: 前面的字符串 > 参数字符串
        //    == 0: 两个字符串大小相等
        //     < 0: 前面的字符串 < 参数字符串

        // 比较逻辑：
        // 依次比较每一位的字符的大小。
        // 如果某一次的字符比较可以分出大小，本次的比较结果将作为整体的字符串的比较结果。

        int result = "hello world".compareTo("hh");
        System.out.println(result);
    }
}

13.2.3. 字符串的静态方法

13.2.3.1. 常用的静态方法

13.2.3.2. 示例代码

/**
 * @Description
 */
public class StringMethod3 {
    public static void main(String[] args) {

        // 将若干个字符串拼接到一起，在拼接的时候，元素与元素之间以指定的分隔符进行分隔
        String str1 = String.join(", ", "lily", "lucy", "uncle wang", "polly");
        System.out.println(str1);

        float score = 100;
        String name ="xiaoming";
        int age = 19;
        // 大家好，我叫xiaoming，今年19岁了，本次考试考了100分。
        /**
         * 常见占位符:
         * %s : 替代字符串       -> %ns: 凑够n位字符串，如果不够，补空格
         * %d : 整型数字占位符    -> %nd: 凑够n位，如果不够补空格。
         * %f : 浮点型数字占位符  -> %.nf: 保留小数点后面指定位的数字
         * %c : 字符型占位符
         */
        String str2 = String.format("大家好，我叫%11s，今年%03d岁了，本次考试考了%.6f分。", name, age, score);
        System.out.println(str2);
    }
}

13.3. StringBuffer和StringBuilder类

13.3.1. 概念

都是用来操作字符串的类。

字符串都是常量， 所有的操作字符串的方法， 都不能直接修改字符串本身。 如果我们需要得到修改之后的结果， 需要接收返回值。

StringBuffer和StringBuilder不是字符串类， 是用来操作字符串的类。 在类中维护了一个字符串的属性， 这些字符串操作类中的方法， 可以直接修改这个属性的值。 对于使用方来说， 可以不去通过返回值获取操作的结果。

在StringBuffer或者StringBuilder类中， 维护了一个字符数组。 这些类中所有的操作方法， 都是对这个字符数组进行的操作。

13.3.2. 常用方法

13.3.3. 示例代码

/**
 * @Description
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 构造方法
        StringBuilder sb = new StringBuilder("hello world");

        // 2. 增: 在一个字符串后面拼接其他的字符串
        sb.append('!');

        // 3. 增: 在指定的下标位插入一条数据
        sb.insert(3, "AAAAA");

        // 4. 删: 删除字符串中的 [start, end) 范围内的数据
        sb.delete(3, 5);

        // 5. 删: 删除指定位的字符
        sb.deleteCharAt(6);

        // 6. 截取一部分的字符串，这个操作不会修改到自己，如果希望得到截取的部分，需要接收返回值。
        String sub = sb.substring(4, 6);

        // 7. 替换，将字符串中 [start, end) 范围内的数据替换成指定的字符串
        sb.replace(3, 6, "l");

        // 8. 修改指定下标位的字符
        sb.setCharAt(0, 'H');

        // 9. 将字符串前后翻转
        sb.reverse();

        System.out.println(sb);
    }
}

13.3.4. 区别

StringBuffer和StringBuilder从功能上来讲， 是一模一样的。 但是他们两者还是有区别的:

• StringBuffer是线程安全的。
• StringBuilder是线程不安全的。

使用场景:

• 当处于多线程的环境中， 多个线程同时操作这个对象， 此时使用StringBuffer。
• 当没有处于多线程环境中， 只有一个线程来操作这个对象， 此时使用StringBuilder。

13.3.5. 备注

但凡是涉及到字符串操作的使用场景， 特别是在循环中对字符串进行的操作。 一定不要使用字符串的方法， 用StringBuffer或者StringBuilder的方法来做。

由于字符串本身是不可变的， 所以String类所有的修改操作， 其实都是在方法内实例化了一个新的字符串对象， 存储拼接之后的新的字符串的地址， 返回这个新的字符串。 如果操作比较频繁， 就意味着有大量的临时字符串被实例化、被销毁， 效率极低。 StringBuffer、StringBuilder不同， 在内部维护了一个字符数组， 所有的操作都是围绕这个字符数组进行的操作。 当需要转成字符串的时候， 才会调用 toString() 方法进行转换。 当频繁用到字符串操作的时候， 没有中间的临时的字符串出现， 效率较高。

/**
 * @Description String、StringBuffer、StringBuilder 拼接效率比较
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 需求: 进行字符串的拼接 100000 次。

        String str = "";
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        StringBuilder builder = new StringBuilder();

        int times = 100000;

        // String类的拼接
        long time0 = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            str += i;
        }
        long time1 = System.currentTimeMillis();

        // StringBuffer的拼接
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            buffer.append(i);
        }
        long time2 = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < times; i++) {
            builder.append(i);
        }
        long time3 = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("String: " + (time1 - time0));
        System.out.println("StringBuffer: " + (time2 - time1));
        System.out.println("StringBuilder: " + (time3 - time2));
    }
}