2025年高频string类面试题及答案

2025年高频string类面试题及答案String为什么设计成不可变类？底层如何保证不可变性？String被设计为不可变类主要基于以下原因：一是线程安全，多个线程同时访问时无需额外同步；二是支持字符串常量池优化，相同字面量仅存储一次，节省内存；三是缓存哈希值，String的hashCode()方法会缓存计算结果，不可变性保证了哈希值不会重复计算。底层实现上，JDK8及之前String内部使用`finalchar[]value`存储字符，JDK9起改为`finalbyte[]value`（配合`coder`字段标识编码，LATIN1或UTF16），数组被final修饰确保引用不可变，且String类自身被声明为`final`禁止继承，所有修改操作（如concat、substring）均返回新的String对象，而非修改原对象，从根本上保证了不可变性。String、StringBuilder、StringBuffer的核心区别是什么？各自适用场景？三者均用于处理字符串，但特性差异显著：String是不可变类，所有修改操作提供新对象；StringBuilder是可变类，非线程安全，内部通过`char[]`（或`byte[]`）扩容实现高效拼接；StringBuffer同样可变，但方法使用`synchronized`修饰，保证线程安全。适用场景：少量字符串操作选String；单线程下大量拼接选StringBuilder（性能最高）；多线程环境下的拼接操作选StringBuffer（需牺牲部分性能换取线程安全）。字符串拼接有哪些方式？性能差异如何？常见拼接方式包括：1.`+`运算符：编译时自动优化为StringBuilder（JDK5+），但循环中每次`+`会提供新的StringBuilder实例，导致额外开销；2.`StringBuilder.append()`：手动控制拼接，预分配容量时性能最优（减少扩容次数）；3.`String.concat()`：底层通过`Arrays.copyOf`复制字符数组，仅适合短字符串拼接（每次拼接提供新数组，长字符串效率低）；4.`String.format()`：支持格式化，但内部通过`newStringBuilder`实现，性能低于直接使用StringBuilder；5.`Joiner`（Guava）或`String.join()`（JDK8+）：适合多元素按分隔符拼接（如集合转字符串）。性能排序（从高到低）：StringBuilder（预分配容量）>String.concat（短字符串）>`+`（非循环场景）>String.format()>StringBuffer（多线程同步开销）。`equals()`和`==`在比较字符串时的区别？`==`比较的是对象的内存地址（引用是否相同），而`equals()`比较的是字符串内容（String重写了Object的equals方法）。例如：`Strings1="abc";Strings2="abc";``s1==s2`为true（指向常量池同一对象）；`Strings3=newString("abc");``s1==s3`为false（s3在堆中新建对象），但`s1.equals(s3)`为true（内容相同）。需注意，若未重写equals方法的类（如自定义类），`==`和`equals()`行为一致（均比较引用）。`intern()`方法的作用是什么？JDK6与JDK7+的实现有何差异？`intern()`的核心作用是将字符串对象放入字符串常量池，并返回池中的引用。JDK6中，常量池位于永久代（PermGen），调用`intern()`时若池不存在该字符串，会复制原字符串的字符到永久代并返回其引用；JDK7+常量池移至堆内存，若池不存在该字符串，直接存储原字符串的引用（而非复制字符），此时原字符串和池中的字符串共享同一字符数组。例如：`Strings=newString("123");ern();`JDK6中，池会新建"123"对象；JDK7+中，池直接引用堆中的s对象（若池原本无"123"）。这一变化减少了内存复制，避免永久代内存溢出问题。字符串常量池的存储位置在JVM不同版本中如何变化？JDK6及之前，字符串常量池存储于方法区的永久代（PermGen），受限于永久代大小（默认仅几十MB），大量字符串字面量易导致`OutOfMemoryError:PermGenspace`；JDK7中，常量池从永久代迁移至堆内存（Heap），与普通对象一样受堆内存管理；JDK8起，永久代被元空间（Metaspace）替代，但字符串常量池仍保留在堆中，元空间仅存储类元信息等，此举避免了永久代的内存限制问题，提高了大字符串场景的稳定性。`substring(intbeginIndex,intendIndex)`在JDK6和JDK7+中的实现差异？JDK6中，substring返回的新String与原String共享`char[]value`数组（通过`newString(offset+beginIndex,endIndexbeginIndex,value)`构造），仅修改`offset`和`count`字段。这一设计可能导致内存泄漏：若原字符串很大，仅需其中一小部分子串，原字符串的`value`数组仍会被子串引用无法回收。JDK7+中，substring会新建一个`char[]`数组，复制原数组中需要的字符（`Arrays.copyOfRange(value,beginIndex,endIndex)`），子串与原字符串不再共享底层数组，避免了内存泄漏问题，但增加了复制开销（对大字符串更友好）。如何判断两个字符串是否为旋转字符串（如"abcd"和"cdab"）？旋转字符串指将原字符串的前k个字符移到末尾形成的新字符串。判断方法：若字符串s1和s2是旋转关系，则s2一定是s1+s1的子串，且两者长度相同。例如：`s1="abcd";s2="cdab";``s1+s1="abcdabcd"`，包含s2（"cdab"），且长度相等，故为旋转字符串。代码实现：```javapublicstaticbooleanisRotation(Strings1,Strings2){if(s1==null||s2==null||s1.length()!=s2.length())returnfalse;return(s1+s1).contains(s2);}```如何高效判断字符串是否包含重复字符？方法一（通用）：使用HashSet存储已出现的字符，遍历字符串时检查是否已存在，存在则返回true。时间复杂度O(n)，空间复杂度O(1)（字符集有限时，如ASCII最多256个字符）。方法二（位运算，仅适用于小写字母）：用int变量的每一位表示字符是否出现（a对应第0位，b对应第1位...），遍历字符时计算`1<<(c'a')`，若与当前掩码有交集则重复。代码示例：```javapublicstaticbooleanhasDuplicate(Strings){intmask=0;for(charc:s.toCharArray()){intbit=1<<(c'a');//假设仅小写字母if((mask&bit)!=0)returntrue;mask|=bit;}returnfalse;}```如何实现字符串反转？要求至少写出三种方法。方法一（迭代交换）：将字符串转为字符数组，首尾指针交换直至中间。```javapublicstaticStringreverse1(Strings){if(s==null)returnnull;char[]arr=s.toCharArray();inti=0,j=arr.length1;while(i<j){chartemp=arr[i];arr[i]=arr[j];arr[j]=temp;i++;j--;}returnnewString(arr);}```方法二（递归）：递归截取首尾字符，中间部分反转后拼接。```javapublicstaticStringreverse2(Strings){if(s.length()<=1)returns;returns.charAt(s.length()-1)+reverse2(s.substring(0,s.length()-1));}```方法三（StringBuilder）：直接调用`reverse()`方法（最简洁）。```javapublicstaticStringreverse3(Strings){returnnewStringBuilder(s).reverse().toString();}```正则表达式在String中的常见应用场景及注意事项？常见场景包括：1.`split(Stringregex)`：按正则分割字符串（如`"a,b;c".split("[,;]")`得到`["a","b","c"]`）；2.`replaceAll(Stringregex,Stringreplacement)`：替换所有匹配正则的子串（如`"12a34b".replaceAll("\\d","")`得到"ab"）；3.`matches(Stringregex)`：判断字符串是否完全匹配正则（如`.matches("^1[3-9]\\d{9}$")`验证手机号）。注意事项：正则中的特殊字符（如`.^$+?()[{\|`）需转义（加`\\`）；贪婪匹配（默认）可能匹配最长子串，非贪婪匹配（`?`修饰）匹配最短（如`"aab".replaceAll("a.?b","x")`得到"x"）；大字符串匹配时需注意正则复杂度（如避免指数级匹配的正则模式）。String的`hashCode()`方法如何实现？设计时为何选择31作为乘数？String的hashCode()计算公式为：`hash=s[0]31^(n-1)+s[1]31^(n-2)+...+s[n-1]`，其中s[i]是字符的ASCII值，n是字符串长度。选择31的原因：一是31是质数，减少哈希冲突（质数的乘积更分散）；二是31可被JVM优化为位运算（`31i=(i<<5)i`），计算效率更高。例如，`"abc"`的hashCode计算为：`'a'31²+'b'31+'c'=97961+9831+99=93217+3038+99=96354`。处理大字符串（如1GB）时，如何优化内存使用？优化策略包括：1.避免不必要的字符串拼接：优先使用`StringBuilder`并预分配足够容量（`newStringBuilder(initialCapacity)`），减少扩容次数；2.利用`substring`的JDK7+特性：避免JDK6中共享数组导致的内存泄漏；3.使用`intern()`共享字符串：若大量重复字符串，通过intern()将其存入常量池，减少重复存储（需评估常量池内存压力）；4.流式处理：读取大字符串时按块读取（如使用`BufferedReader.readLine()`），避免一次性加载到内存；5.避免使用`String.getBytes()`提供大字节数组：改用`InputStream`或`ByteBuffer`逐块处理；6.使用`CharBuffer`（NIO）：直接操作堆外内存，减少GC压力。如何正确处理字符串中的转义字符（如反斜杠、双引号）？转义字符需通过转义符`\`处理，具体规则：反斜杠`\`需表示为`\\`（Java字符串中`\`是转义符，需用`\\`表示一个实际反斜杠）；双引号`"`在双引号字符串中需表示为`\"`（如`Strings="他说:\"你好\"";`）；正则中的特殊字符（如`.`）需用`\\.`匹配字面量`.`；若需处理任意特殊字符，可使用`Pattern.quote(Strings)`方法，将字符串转为正则字面量（如`Pattern.quote("a.b")`提供`\Qa.b\E`，匹配"a.b"本身）。示例：解析JSON字符串时，需将双引号转义为`\"`，反斜杠转义为`\\`，否则会导致解析错误。KMP算法的核心思想是什么？如何实现字符串匹配？KMP算法通过预处理模式串提供部分匹配表（next数组），避免主串指针回溯，将时间复杂度优化到O(n+m)（n为主串长度，m为模式串长度）。next数组存储的是模式串前缀和后缀的最长公共长度。实现步骤：1.构建next数组：遍历模式串，计算每个位置i的最长公共前后缀长度；2.匹配过程：主串指针i和模式串指针j同时移动，若字符不匹配则j回退到next[j-1]，直到j=0或匹配；若j等于模式串长度，说明匹配成功。代码示例（构建next数组）：```javapublicstaticint[]buildNext(Stringpattern){intm=pattern.length();int[]next=newint[m];next[0]=0;for(inti=1,len=0;i<m;){if(pattern.charAt(i)==pattern.charAt(len)){next[i++]=++len;}elseif(len>0){len=next[len1];}else{next[i++]=0;}}returnnext;}```匹配逻辑：```javapublicstaticintkmp(Stringtext,Stringpattern){int[]next=buildNext(pattern);inti=0,j=0;while(i<text.length()){if(text.charAt(i)==pattern.charAt(j)){i++;j++;if(j==pattern.length())returnij;//返回匹配起始位置}elseif(j>0){j=next[j1];}else{i++;}}return-1;//未匹配}```String对象在堆和字符串常量池中的存储关系是怎样的？字符串字面量（如`Strings="abc";`）：编译时存入常量池（JDK7+在堆中），运行时若常量池已有该字符串，则s直接指向池中的对象；`newString("abc")`：在堆中创建新的String对象，同时检查常量池是否有"abc"。若没有，先在常量池创建"abc"对象（JDK6复制字符数组，JDK7+引用堆对象），然后堆中的String对象的`value`数组指向常量池的字符数组（JDK6）或直接存储字符数组（JDK7+）；动态提供的字符串（如`Strings="a"+"b";`）：编译时优化为`"ab"`，存入常量池；拼接变量（如`Stringa="a";Strings=a+"b";`）：编译时提供StringBuilder，运行时拼接后通过`toString()`提供新的String对象（在堆中，不一定进入常量池，除非调用intern()）。为什么String常被用作HashMap的key？主要原因：1.不可变性：String的不可变性保证了hashCode()在对象创建后不会改变，避免HashMap中键的哈希值变化导致的索引错误（若键可变，修改后可能无法找到原存储位置）；2.高效的hashCode()和equals()：String重写了这两个方法，hashCode()基于字符内容计算（缓存结果），equals()直接比较字符数组，保证了哈希表的查找效率；3.广泛的使用场景：字符串是最常见的键类型（如配置项、标识符等），设计为key符合实际需求。如何统计字符串中各字符的出现次数（区分大小写和空格）？方法：使用HashMap<Character,Integer>遍历字符串，统计每个字符的出现次数。代码示例：```javapublicstaticMap<Character,Integer>countChar(Strings){Map<Character,Integer>map=newHashMap<>();for(charc:s.toCharArray()){map.put(c,map.getOrDefault(c,0)+1);}returnmap;}```若需按顺序输出（如字母顺序），可将键存入TreeSet后遍历；若字符集有限（如ASCII），可用数组替代HashMap（更高效）：```javapublicstaticint[]countAscii(Strings){int[]count=newint[256];//ASCII共256个字符for(charc:s.toCharArray()){count[c]++;}returncount;}```处理超长字符串时，可能遇到哪些性能瓶颈？如何解决？瓶颈及解决方案：1.内存占用过高：超长字符串一次性加载到内存易导致OOM。解决：流式处理（按行/块读取）、使用`java.util.stream.Stream`逐元素处理；2.GC压力大：大量临时String对象被创建，触发频繁GC。解决：复用StringBuilder实例、避免不必要的对象创建（如循环中使用`newStringBuilder`