Java字符串中间内容替换：从基础到高级，性能优化与安全实践363

在日常的Java编程工作中，我们经常会遇到需要对字符串进行操作的场景，其中“替换字符串中间内容”是一个非常普遍且重要的需求。无论是数据脱敏（如隐藏手机号中间四位、身份证号部分信息）、内容过滤（如敏感词替换）、还是格式化文本输出，高效、安全地替换字符串的中间部分都是关键。本文将作为一名资深Java程序员，带你深入探讨Java中实现这一目标的各种方法，从基础的`substring`组合，到强大的正则表达式，再到性能优化的`StringBuilder`，并结合实际应用场景、性能考量及安全实践，提供全面而深入的解析。

一、Java字符串的不可变性：理解替换操作的基石

在深入探讨替换方法之前，我们必须牢记Java中一个核心概念：`String`对象的不可变性（Immutability）。这意味着一旦一个`String`对象被创建，它的值就不能被改变。所有看起来像修改`String`对象的操作（如`replace()`、`substring()`、`concat()`等），实际上都会创建一个新的`String`对象来存储修改后的结果，而原始的`String`对象保持不变。理解这一点对于选择合适的替换方法、优化性能至关重要。

例如，如果你连续对一个`String`进行多次替换操作，每次操作都会产生一个新的`String`对象，这可能会导致大量的临时对象生成，增加垃圾回收（GC）的压力，尤其是在循环或处理大量字符串时。

二、基础替换方法：`substring()` 的巧妙组合

当需要替换字符串中特定索引范围内的内容时，`substring()`方法结合字符串拼接是最直观和灵活的方式。这种方法的核心思想是将字符串分为三部分：需要替换部分之前的内容、新的替换内容、需要替换部分之后的内容，然后将这三部分拼接起来。

2.1 工作原理

假设我们有一个字符串`originalString`，我们想将其从索引`startIndex`（包含）到`endIndex`（不包含）之间的内容替换为`newContent`。操作步骤如下：
获取`originalString`中`startIndex`之前的部分：`(0, startIndex)`。
获取`originalString`中`endIndex`之后的部分：`(endIndex)`。
将这三部分拼接起来：`(0, startIndex) + newContent + (endIndex)`。

2.2 示例：手机号中间四位脱敏

public class StringReplaceExample {
/
* 使用substring替换字符串中间内容
* @param original 原字符串
* @param startIndex 替换起始索引（包含）
* @param endIndex 替换结束索引（不包含）
* @param replacement 替换内容
* @return 替换后的新字符串
*/
public static String replaceMiddleWithSubstring(String original, int startIndex, int endIndex, String replacement) {
if (original == null || ()) {
return original;
}
// 边界条件检查
if (startIndex < 0) {
startIndex = 0;
}
if (endIndex > ()) {
endIndex = ();
}
if (startIndex >= endIndex) { // 替换范围无效或为空
return original;
}
String prefix = (0, startIndex);
String suffix = (endIndex);
return prefix + replacement + suffix;
}
public static void main(String[] args) {
String phoneNumber = "13812345678";
// 替换手机号中间四位为"" (索引3到7)
String maskedPhoneNumber = replaceMiddleWithSubstring(phoneNumber, 3, 7, "");
("原始手机号: " + phoneNumber + ", 脱敏后: " + maskedPhoneNumber); // 输出: 原始手机号: 13812345678, 脱敏后: 1385678
String idCard = "440183199001011234";
// 替换身份证号中间8位为"" (索引6到14)
String maskedIdCard = replaceMiddleWithSubstring(idCard, 6, 14, "");
("原始身份证: " + idCard + ", 脱敏后: " + maskedIdCard); // 输出: 原始身份证: 440183199001011234, 脱敏后: 4401831234
String shortString = "abc";
String replacedShort = replaceMiddleWithSubstring(shortString, 1, 2, "X");
("短字符串替换: " + shortString + " -> " + replacedShort); // 输出: 短字符串替换: abc -> aXc
}
}

2.3 优点与局限

优点： 直观易懂，精确控制替换的起始和结束位置，适用于替换固定范围的字符。
局限： 对于需要进行多次替换，或替换位置不固定而是基于模式匹配的场景，会显得冗长且效率低下，每次拼接都会创建新的`String`对象。

三、利用 `replace()` 系列方法进行替换：模式匹配与正则表达式

Java的`String`类提供了多个`replace()`方法家族，它们在功能和灵活性上各有侧重。特别是`replaceAll()`和`replaceFirst()`方法，结合正则表达式，能够实现极其强大的中间内容替换功能。

3.1 `replace(char oldChar, char newChar)` 和 `replace(CharSequence target, CharSequence replacement)`

这两个方法适用于简单的字符或子字符串替换。它们会替换所有匹配的字符或子字符串，而不是仅仅替换中间部分。如果目标是替换所有出现的某个字符或短语，它们非常方便。
String text = "Hello world, hello Java.";
String replacedChar = ('o', 'O'); // "HellO wOrld, hellO Java."
String replacedString = ("hello", "hi"); // "hi world, hi Java."

3.2 `replaceAll(String regex, String replacement)`：正则表达式的强大威力

`replaceAll()`方法接受一个正则表达式作为第一个参数，并用第二个参数替换所有匹配正则表达式的子字符串。这是替换中间内容的最强大工具之一，因为正则表达式能够定义复杂的模式，精确匹配你想要替换的“中间”部分。

3.3 示例：用正则替换特定模式的中间内容

3.3.1 替换被特定字符包围的内容

假设我们想替换所有被方括号 `[` 和 `]` 包裹的内容。
String content = "用户信息：[姓名]张三，[年龄]28，[地址]北京市朝阳区。";
// 替换方括号内的所有内容为"*"
// ([^]]*) 匹配除]之外的任何字符，0次或多次
// \\[[^]]*\\] 匹配一个[，后面跟0个或多个非]的字符，最后跟一个]
String replacedContent = ("\\[[^\\]]*\\]", "*");
("原始: " + content);
("替换后: " + replacedContent);
// 输出: 原始: 用户信息：[姓名]张三，[年龄]28，[地址]北京市朝阳区。
// 替换后: 用户信息：*张三，*28，*北京市朝阳区。 (这里发现会把分隔符一起替换掉)
// 如果只想替换括号内的内容，保留括号：
// 使用捕获组和反向引用
// \\[(.*?)\\] 捕获括号内的内容，但不包含括号本身
// ("[%s]", newReplacement) 用于构造替换字符串
String newContent = ("\\[(.*?)\\]", "[*]");
("替换后保留括号: " + newContent);
// 输出: 替换后保留括号: 用户信息：[*]张三，[*]28，[*]北京市朝阳区。

3.3.2 替换固定长度或特定模式的中间字符

假设我们想替换一个字符串中从第4个字符到倒数第4个字符之间的所有数字为`#`。
String data = "product_ID_12345_SN_9876543210";
// 目标：替换 "ID_12345_SN_" 这部分中的数字
// 匹配规则：前缀 (\\w+_ID_) 后缀 (_SN_\\d+)
// 中间部分 (\\d+)
// 我们需要捕获前缀和后缀，然后只替换中间的数字
String regex = "(\\w+_ID_)(\\d+)(_SN_\\d+)";
String replacedData = (regex, "$1

#$3");
("原始数据: " + data);
("替换后数据: " + replacedData);
// 输出: 原始数据: product_ID_12345_SN_9876543210
// 替换后数据: product_ID_

#_SN_9876543210
// 如果我们想替换所有位于特定前缀和后缀之间的字符（例如，替换所有在"BEGIN"和"END"之间的字符为"*"）
String message = "This is a message with sensitive data: BEGINsecretINFOEND. Please be careful.";
// 匹配 "BEGIN"后跟任意字符（非贪婪），直到"END"
String regex2 = "(?