Java中String与StringBuilder的比较及自定义不可变类型设计

### Java中String与StringBuilder的比较及自定义不可变类型设计 #### 1. String类常用方法 在Java中，String类提供了许多实用的方法，下面是一些常见方法的介绍： | 方法名 | 描述 | | --- | --- | | `substring(int beginIndex, int endIndex)` | 返回字符串的子串，子串从指定的`beginIndex`开始，到`endIndex - 1`处的字符结束。索引从0开始。例如，`"Sean Kennedy".substring(3, 8)`返回`"n Ken"`。 | | `toLowerCase()` | 将字符串转换为小写。 | | `toUpperCase()` | 将字符串转换为大写。 | | `trim()` | 去除字符串两端的空白字符。例如，`" lots of spaces here ".trim()`返回`"lots of spaces here"`。 | #### 2. StringBuilder类介绍 `StringBuilder`类位于`java.lang`包中，它表示一个可变的字符序列。其API与`StringBuffer`类相同，但`StringBuilder`适用于单线程环境，而`StringBuffer`适用于多线程环境。`StringBuilder`实现了`Comparable`接口，其排序的自然顺序也是按字母顺序排列的。 `StringBuilder`是可变类型，并且是一个`final`类，这意味着不能对其进行子类化。Java设计者这样设计是为了确保`StringBuilder`对象的行为可预测。 下面是一个`StringBuilder`的示例代码： ```java // 假设这是图12.10的代码 // 第49行 StringBuilder sb = new StringBuilder("The "); // 第50行 sb.append("quick "); // 第51行 System.out.println(sb); // 输出 "The quick " // 第52行 sb.append("brown fox"); // 第53行 System.out.println(sb); // 输出 "The quick brown fox" ``` 从这个示例可以看出，每次调用`append()`方法时，同一个`StringBuilder`对象都会被修改。 下面是`StringBuilder`类常用方法的表格： | 方法名 | 描述 | | --- | --- | | `append(String str)` | 将指定的字符串追加到`StringBuilder`中。有重载版本（详见API）。 | | `charAt(int index)` | 返回指定索引处的字符。索引从0开始。 | | `indexOf(String str)` | 返回指定子字符串第一次出现的索引。 | | `insert(int offset, String str)` | 在指定的偏移位置插入给定的字符串，将该位置以上的字符向上移动。 | | `substring(int beginIndex)` | 返回一个新字符串，从指定的`beginIndex`开始，直到`StringBuilder`的末尾。索引从0开始。 | | `substring(int beginIndex, int endIndex)` | 返回一个新字符串，从指定的`beginIndex`开始，到`endIndex - 1`处的字符结束。索引从0开始。 | | `toString()` | 返回字符序列的字符串表示形式。 | #### 3. String与StringBuilder的比较示例 为了更清晰地展示`String`和`StringBuilder`的区别，下面是一个示例代码： ```java // 假设这是图12.12的代码 class Main { public static void main(String[] args) { // 第11行 String s = "Hi"; StringBuilder sb = new StringBuilder("Hi"); // 第13行 whatHappens(s, sb); // 第14行 System.out.println("String s: " + s); System.out.println("StringBuilder sb: " + sb); } public static void whatHappens(String s, StringBuilder sb) { // 第5行 s = s + " there!"; // 第7行 System.out.println("Inside method, new s: " + s); // 第6行 sb.append(" there!"); // 第8行 System.out.println("Inside method, sb: " + sb); } } ``` 在这个示例中，`String`对象是不可变的，当对其进行拼接操作时，JVM会创建一个新的对象；而`StringBuilder`对象是可变的，对其进行`append()`操作时，原对象会被直接修改。 下面是这个示例的内存表示流程图： ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px A([开始]):::startend --> B(声明s和sb):::process B --> C(调用whatHappens方法):::process C --> D{操作类型}:::process D -->|String拼接| E(创建新的String对象):::process D -->|StringBuilder追加| F(修改原StringBuilder对象):::process E --> G(输出新的String):::process F --> H(输出修改后的StringBuilder):::process G --> I(返回main方法):::process H --> I I --> J(输出s和sb):::process J --> K([结束]):::startend ``` #### 4. 自定义不可变类型设计 在Java中，有可变类型（如`StringBuilder`和`ArrayList`）和不可变类型（如`String`和`Integer`）。当一个对象是“不可变”的，意味着它不能被改变。可以使用`final`关键字使基本类型的值不可变，但当`final`应用于引用时，是引用本身不可变，而不是对象不可变。 如果想创建自己的不可变类型（类），需要考虑以下几点： 1. **不提供“setter”方法**：避免外部代码修改对象的状态。 2. **将所有字段设为私有和`final`**：确保字段不能被外部直接访问和修改，并且一