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深入理解 Java 中的字符串、包装类与日期处理

news 2025/10/22 10:22:45

在 Java 编程中，字符串操作、基本类型包装以及日期时间处理是日常开发中高频出现的场景。掌握这些知识点不仅能提升代码效率，更能避免一些隐藏的坑。本文将系统讲解 String 字符串、可变字符串、八大包装类及日期处理的核心知识与实践技巧。

一、字符串：不可变的字符序列

String 类是 Java 中最常用的类之一，它的不可变性是理解其特性的关键。

1. 核心特性解析

不可继承：String 被final修饰，无法被其他类继承。
不可变对象：字符串一旦创建，其内部字符序列就不可修改。任何修改操作（如拼接、替换）都会生成新的 String 对象。

两种创建方式：

// 字面量方式：创建于字符串常量池，相同内容会复用
String s1 = "hello";
// new方式：创建于堆内存，每次new都会生成新对象
String s2 = new String("hello");
System.out.println(s1 == s2); // 输出false（地址不同）
System.out.println(s1.equals(s2)); // 输出true（内容相同）

2. 常用方法实战

String 类提供了丰富的方法用于字符串操作，以下是开发中最常用的 API：

方法分类	关键方法	功能说明
基础信息	`length()`	返回字符串长度
	`charAt(int index)`	获取指定索引的字符（索引从 0 开始）
查找操作	`indexOf(String str)`	查找子串首次出现的索引，不存在返回 - 1
	`lastIndexOf(String str)`	查找子串最后出现的索引
截取拼接	`substring(int begin)`	从 begin 索引截取到末尾
	`substring(int begin, int end)`	截取 [begin, end) 区间的子串
	`concat(String str)`	拼接字符串（等价于`+`，但效率更高）
修改转换	`replace(CharSequence old, CharSequence new)`	替换子串
	`split(String regex)`	按正则分割为字符串数组
	`toUpperCase()`/`toLowerCase()`	转换大小写
	`toCharArray()`	转为字符数组
类型转换	`valueOf(任意类型)`	静态方法，将其他类型转为字符串

示例代码：

public class StringDemo {public static void main(String[] args) {String str = "Java Programming";// 基础操作System.out.println("长度：" + str.length()); // 18System.out.println("第5个字符：" + str.charAt(4)); // 空格// 查找与截取int index = str.indexOf("Program");System.out.println("Program起始索引：" + index); // 5System.out.println("截取子串：" + str.substring(5, 12)); // Program// 替换与分割String replaced = str.replace("Programming", "Coding");System.out.println("替换后：" + replaced); // Java CodingString[] parts = str.split(" ");System.out.println("分割结果：" + parts[0] + "|" + parts[1]); // Java|Programming}
}

toCharArray()是 String 类的方法，作用是将字符串转换为字符数组（char[]）。例如：
```
String str = "hello";
char[] arr = str.toCharArray(); // arr 结果为 {'h','e','l','l','o'}
```
String.valueOf(char[])是 String 类的静态方法，作用是将字符数组（char[]）转换为字符串（String），正好与 toCharArray() 相反。例如：
```
char[] arr = {'h','i'};
String str = String.valueOf(arr); // str 结果为 "hi"
```

二、可变字符串：StringBuilder 与 StringBuffer

当需要频繁修改字符串时，使用 String 会产生大量临时对象，导致性能问题。此时应选择可变字符串类。

1. 两者的异同点

共同点：
- 继承自AbstractStringBuilder，内部通过动态数组存储字符
- 提供append()、insert()、delete()等修改方法，支持原地修改
核心区别：
- StringBuffer：线程安全（方法加了synchronized锁），性能较低
- StringBuilder：非线程安全，性能更高（单线程首选）

2. 常用方法与性能对比

核心方法：

append(任意类型)：末尾追加内容（最常用）
insert(int offset, 任意类型)：指定位置插入
delete(int start, int end)：删除 [start, end) 区间内容
reverse()：反转字符串
toString()：转为 String 类型

性能测试：

public class StringPerformance {public static void main(String[] args) {int loop = 100000; // 十万次拼接// String拼接（效率极低）long start1 = System.currentTimeMillis();String s = "";for (int i = 0; i < loop; i++) {s += i;}long end1 = System.currentTimeMillis();System.out.println("String耗时：" + (end1 - start1) + "ms"); // 约3000ms// StringBuilder拼接（效率极高）long start2 = System.currentTimeMillis();StringBuilder sb = new StringBuilder();for (int i = 0; i < loop; i++) {sb.append(i);}long end2 = System.currentTimeMillis();System.out.println("StringBuilder耗时：" + (end2 - start2) + "ms"); // 约5ms}
}

结论：字符串修改频繁时，优先使用StringBuilder（单线程）或StringBuffer（多线程）。

三、包装类：基本类型的对象化封装

Java 是面向对象语言，但 8 种基本数据类型不是对象。包装类的出现正是为了将基本类型封装为对象，满足泛型、集合等场景的需求。

1. 八大包装类对应关系

基本数据类型	包装类	父类	特殊说明
byte	Byte	Number	-
short	Short	Number	-
int	Integer	Number	最常用，缓存 - 128~127 区间对象
long	Long	Number	-
float	Float	Number	-
double	Double	Number	-
char	Character	Object	无父类 Number
boolean	Boolean	Object	无父类 Number

2. 核心功能与自动装箱拆箱

类型转换：
- 字符串转基本类型：Integer.parseInt("123")、Double.parseDouble("3.14")
- 基本类型转包装类：Integer.valueOf(123)（推荐，利用缓存）
- 包装类转基本类型：Integer.intValue()

自动装箱与拆箱（JDK5+）：

// 自动装箱：int -> Integer
Integer a = 100; // 等价于 Integer a = Integer.valueOf(100);// 自动拆箱：Integer -> int
int b = a; // 等价于 int b = a.intValue();

缓存机制：Integer 对-128~127区间的值做了缓存，多次创建该区间的对象会复用：

Integer x = 127;
Integer y = 127;
System.out.println(x == y); // true（复用缓存对象）Integer m = 128;
Integer n = 128;
System.out.println(m == n); // false（超出缓存范围，新建对象）

四、日期时间处理：从传统 API 到新特性

日期时间处理是开发中的难点，Java 提供了多套 API，其中 Java 8 的新 API 是目前的最佳选择。

1. 传统日期类（不推荐）

java.util.Date：表示特定瞬间，精度到毫秒，但多数方法已过时。
SimpleDateFormat：用于日期格式化与解析，但线程不安全。

2. Java 8 新日期 API（推荐）

Java 8 引入的java.time包解决了传统 API 的线程安全、设计混乱等问题，核心类包括：

LocalDate：日期（年 / 月 / 日）
LocalTime：时间（时 / 分 / 秒）
LocalDateTime：日期 + 时间
DateTimeFormatter：线程安全的格式化工具

核心优势：

不可变对象，线程安全
方法链编程，操作简洁
清晰区分日期、时间、带时区的时间

示例代码：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;public class NewDateDemo {public static void main(String[] args) {// 获取当前日期时间LocalDateTime now = LocalDateTime.now();System.out.println("当前时间：" + now); // 2025-10-21T15:30:00.123// 格式化（线程安全）DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy年MM月dd日 HH:mm");String formatted = now.format(formatter);System.out.println("格式化后：" + formatted); // 2025年10月21日 15:30// 日期计算LocalDateTime tomorrow = now.plusDays(1); // 明天LocalDateTime lastMonth = now.minusMonths(1); // 上个月System.out.println("明天同一时间：" + tomorrow.format(formatter));// 解析字符串LocalDateTime parsed = LocalDateTime.parse("2023年01月01日 08:00", formatter);System.out.println("解析后的月份：" + parsed.getMonthValue()); // 1}
}