Java 字符串操作完全指南：从基础到高级，高效掌控字符数据120

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在任何编程语言中，字符串（String）都是最基础且最频繁操作的数据类型之一。无论是在处理用户输入、解析文件内容、构建网络请求还是生成报告，我们都离不开对字符串的“串取”——即各种形式的提取、截取、查找、替换和组合。作为一名专业的Java开发者，熟练掌握Java的字符串操作API是构建健壮、高效应用的关键。本文将深入探讨Java中字符串处理的方方面面，从核心概念到高级用法，助您全面驾驭字符数据。

Java `String` 的核心概念与不变性

在Java中，`String` 并非简单的字符数组，而是一个由 `char` 序列组成的类。理解 `String` 最重要的特性是它的“不变性”（Immutability）。这意味着一旦一个 `String` 对象被创建，它的内容就不能被改变。所有看起来像是修改字符串的操作，实际上都会创建一个新的 `String` 对象。
public class StringImmutability {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "Hello";
("原始字符串s1: " + s1 + " (哈希码: " + () + ")");
s1 = s1 + " World"; // 看起来像修改，实际是创建了新对象
("修改后s1: " + s1 + " (哈希码: " + () + ")");
String s2 = "Hello World";
// s1 和 s2 现在引用了内容相同的字符串对象，但由于字符串常量池的优化，
// 在某些情况下它们可能指向同一个内存地址，但从语义上讲，s1在连接操作后
// 引用了一个新的对象，即便内容后来与s2相同。
// 当进行 s1 = s1 + " World" 操作时，旧的 "Hello" 对象还在，只是s1变量指向了新的 "Hello World" 对象。
("s2: " + s2 + " (哈希码: " + () + ")");
// 验证字符串池
String a = "Test";
String b = "Test";
("a == b? " + (a == b)); // true，因为JVM字符串常量池的优化
}
}

不变性的优点：
线程安全： 多个线程可以安全地共享同一个 `String` 对象，无需担心并发修改问题。
安全性： 在网络连接、数据库访问等场景中，`String` 作为参数传递时，其内容不会被意外篡改。
哈希码缓存： 由于不变性，`String` 的 `hashCode()` 值可以被缓存，这使得 `String` 在 `HashMap` 或 `HashSet` 中作为键时性能很高。
字符串常量池： Java利用不变性实现了字符串常量池，避免了创建大量重复的字符串对象，节省了内存。

不变性的缺点：
性能开销： 当需要频繁修改字符串内容（例如在循环中拼接大量字符串）时，每次操作都会创建新的 `String` 对象，导致大量的内存分配和垃圾回收，影响性能。

基础字符串截取与访问：精确“串取”的利器

“串取字符”最直接的需求就是获取字符串中的某个字符或某一段子串。Java提供了简洁高效的方法来满足这些需求。

1. 获取单个字符：`charAt()`

`charAt(int index)` 方法返回指定索引处的 `char` 值。索引从 `0` 开始。
public class CharAccess {
public static void main(String[] args) {
String text = "Java Programming";
char firstChar = (0);
char sixthChar = (5); // P
char lastChar = (() - 1); // g
("第一个字符: " + firstChar); // J
("第六个字符: " + sixthChar); // P
("最后一个字符: " + lastChar); // g
try {
char outOfBounds = (20); // 运行时会抛出 StringIndexOutOfBoundsException
(outOfBounds);
} catch (StringIndexOutOfBoundsException e) {
("索引越界异常捕获: " + ());
}
}
}

2. 提取子字符串：`substring()`

`substring()` 是最常用的“串取”方法，它有两个重载版本：
`substring(int beginIndex)`: 从 `beginIndex` 开始到字符串末尾截取子字符串。
`substring(int beginIndex, int endIndex)`: 从 `beginIndex` 开始到 `endIndex - 1` 处截取子字符串。请注意，`endIndex` 是不包含的。

public class SubstringExtraction {
public static void main(String[] args) {
String url = "/path/to/";
String filename = "";
// 示例1: 从指定索引开始到末尾
String domain = (12, 23); // 从 'e' 到 'm'
("域名: " + domain); //
String protocol = (0, ("://"));
("协议: " + protocol); // https
// 示例2: 从指定索引开始到指定索引结束 (endIndex 不包含)
String path = (("/path"), (".html"));
("路径: " + path); // /path/to/resource
// 提取文件扩展名
if ((".")) {
String extension = ((".") + 1);
("文件扩展名: " + extension); // pdf
}
// 提取文件名 (不带扩展名)
String nameWithoutExtension = (0, ("."));
("文件名 (无扩展名): " + nameWithoutExtension); // document
}
}

字符串查找与定位：精准定位目标字符或子串

在进行“串取”之前，我们常常需要先找到目标字符或子串的位置。

1. 查找子字符串的索引：`indexOf()` 和 `lastIndexOf()`

`indexOf(String str)`: 返回指定子字符串第一次出现的索引。如果未找到，返回 `-1`。
`indexOf(String str, int fromIndex)`: 从 `fromIndex` 开始查找。
`lastIndexOf(String str)`: 返回指定子字符串最后一次出现的索引。
`lastIndexOf(String str, int fromIndex)`: 从 `fromIndex` 向前查找。

public class StringSearch {
public static void main(String[] args) {
String message = "Hello World, Hello Java!";
int firstHello = ("Hello");
("第一个'Hello'的索引: " + firstHello); // 0
int lastHello = ("Hello");
("最后一个'Hello'的索引: " + lastHello); // 13
int worldIndex = ("World");
("'World'的索引: " + worldIndex); // 6
int nonExistent = ("Python");
("'Python'的索引: " + nonExistent); // -1
// 从指定位置开始查找
int secondHello = ("Hello", 1); // 从索引1开始查找
("第二个'Hello'的索引: " + secondHello); // 13
}
}

2. 判断是否包含：`contains()`, `startsWith()`, `endsWith()`

`contains(CharSequence s)`: 判断字符串是否包含指定的字符序列。
`startsWith(String prefix)`: 判断字符串是否以指定前缀开头。
`endsWith(String suffix)`: 判断字符串是否以指定后缀结尾。

public class StringContainsChecks {
public static void main(String[] args) {
String fileName = "";
String email = "user@";
("文件名包含'.': " + (".")); // true
("文件名以'report'开头: " + ("report")); // true
("文件名以'.txt'结尾: " + (".txt")); // false
("文件名以'.csv'结尾: " + (".csv")); // true
("邮件地址包含'@': " + ("@")); // true
("邮件地址包含'.com': " + (".com")); // true
}
}

字符串的分割与组合：灵活处理数据列表

我们经常需要将一个长字符串按照特定分隔符拆分成多个子串，或者将多个子串组合成一个字符串。

1. 字符串分割：`split()`

`split(String regex)` 方法使用正则表达式作为分隔符，将字符串分割成字符串数组。它还有一个重载版本 `split(String regex, int limit)` 可以限制分割的次数。
import ;
public class StringSplit {
public static void main(String[] args) {
String data = "id:101;name:Alice;age:30;city:New York";
String csvLine = "apple,banana,orange,,grape";
String path = "/usr/local/bin/java";
// 示例1: 使用单个字符作为分隔符
String[] parts = (";");
("分号分割: " + (parts));
// 输出: [id:101, name:Alice, age:30, city:New York]
// 示例2: 使用正则表达式作为分隔符 (转义特殊字符)
String[] values = ("[:;]"); // 使用冒号或分号分割
("冒号或分号分割: " + (values));
// 输出: [id, 101, name, Alice, age, 30, city, New York]
// 示例3: 处理连续的分隔符和空字符串
String[] fruits = (",");
("CSV分割: " + (fruits));
// 输出: [apple, banana, orange, , grape] (注意中间的空字符串)
// 示例4: 使用limit参数，限制分割次数
String[] limitedSplit = ("/", 3);
("限制分割: " + (limitedSplit));
// 输出: [, usr, local/bin/java]
// 示例5: 处理空字符串分隔符 (在字符串首尾)
String emptyPath = "/usr/local/bin/";
String[] emptyParts = ("/");
("空路径分割: " + (emptyParts));
// 输出: [, usr, local, bin] (注意末尾空字符串会被丢弃，除非使用limit参数或正则表达式的行为)
// 实际：[, usr, local, bin] 因为split默认会丢弃尾部的空字符串
// 如果想保留：
String[] emptyPartsKeep = ("/", -1);
("空路径分割 (保留空字符串): " + (emptyPartsKeep));
// 输出: [, usr, local, bin, ]
}
}