Java中String、StringBuilder以及StringBuffer的区别

String类是Java中使用最频繁的类之一，今天我们就共同学习一下String、StringBuilder和StringBuffer这几个类，分析它们的异同点以及了解各个类适用的场景。
一.初步了解String类？
   打开String类发现这个类是被final修饰的

<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:18px;">public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];

/** The offset is the first index of the storage that is used. */
private final int offset;

/** The count is the number of characters in the String. */
private final int count;

/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0

}</span>

从上面可以看出：

　　1、String类是final类，也就是说String类不能被继承，并且成员方法默认为final方法，但成员可以不是final成员。在Java中，被final修饰的类是不允许被继承的，并且该类中的成员方法都默认为final方法，final方法不能被覆盖。String类在一个继承树中是一个叶子类，并且此类的设计已被认为很完美而不需要进行修改或扩展。

    2、上面列举出了String类中所有的成员属性，从上面可以看出String类是通过char数组来保存字符串的。
　　下面看一下String类一些方法的实现：

<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:18px;">public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
if (beginIndex < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
}
if (endIndex > count) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
}
if (beginIndex > endIndex) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex - beginIndex);
}
return ((beginIndex == 0) && (endIndex == count)) ? this :
new String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, value);
}

public String concat(String str) {
int otherLen = str.length();

if (otherLen == 0) {
return this;
}

 char buf[] = new char[count + otherLen];
getChars(0, count, buf, 0);
str.getChars(0, otherLen, buf, count);
return new String(0, count + otherLen, buf);
}

public String replace(char oldChar, char newChar) {
if (oldChar != newChar) {
int len = count;
int i = -1;
char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
int off = offset;   /* avoid getfield opcode */

while (++i < len) {
if (val[off + i] == oldChar) {
break;
}
}
if (i < len) {
char buf[] = new char[len];
for (int j = 0 ; j < i ; j++) {
buf[j] = val[off+j];
}
while (i < len) {
char c = val[off + i];
buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
i++;
}
return new String(0, len, buf);
}
}
return this;
}</span>

    从上面的三个方法看出，无论是sub、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的，而是重新生成了一个新的字符串对象。也就是说进行这些操作后，最原始的字符串并没有被改变。
　　在这里要永远记住一点：对String对象的任何改变都不影响到原对象，相关的任何change操作都会生成新的对象。

二.深入理解String、StringBuffer、StringBuilder

    1.String str="hello world"和String str=new String("hello world")的区别

<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:18px;">public class Main {
public static void main(String[] args) {
String str1 = "hello world";
String str2 = new String("hello world");
String str3 = "hello world";
String str4 = new String("hello world");

System.out.println(str1==str2);
System.out.println(str1==str3);
System.out.println(str2==str4);
}
}</span>

输出结果：
　　


　　为什么会出现这样的结果？下面解释一下原因：

　　1、在class文件中有一部分用来存储编译期间生成的字面常量以及符号引用，这部分叫做class文件常量池，在运行期间对应着方法区的运行时常量池。

　　因此在上述代码中，String str1 = "hello world";和String str3 = "hello world"; 都在编译期间生成了 字面常量和符号引用，运行期间字面常量"hello world"被存储在运行时常量池（当然只保存了一份）。通过这种方式来将String对象跟引用绑定的话，JVM执行引擎会先在运行时常量池查找是否存在相同的字面常量，如果存在，则直接将引用指向已经存在的字面常量；否则在运行时常量池开辟一个空间来存储该字面常量，并将引用指向该字面常量。

　　总所周知，通过new关键字来生成对象是在堆区进行的，而在堆区进行对象生成的过程是不会去检测该对象是否已经存在的。因此通过new来创建对象，创建出的一定是不同的对象，即使字符串的内容是相同的。

    2、String、StringBuffer以及StringBuilder的区别

<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:18px;">public class Main {
public static void main(String[] args) {
String str = "";
for(int i=0;i<10000;i++){
str = str + "hello";
}
}
}</span>

    这句 str = str
+ "hello";的过程相当于将原有的str变量指向的对象内容与"hello"字符串作连接后存进新的String对象当中，再让str变量指向新生成的对象。每次循环都会new出一个String型对象，然后进行连接操作，最后在返回String对象str。也就是说这个循环执行完毕new出了10000个对象，试想一下，如果这些对象没有被回收，会造成多大的内存资源浪费。而str
= str + "hello"的操作事实上会自动被JVM优化成：
　　StringBuilder str = new StringBuilder(string);

　　str.append("hello");

　　str.toString();

　　再看下面这段代码：

<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:18px;">public class Main {
public static void main(String[] args) {
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for(int i=0;i<10000;i++){
stringBuilder.append("hello");
}
}
}</span>

　  在这次循环中new操作只进行了一次，也就是说只生成了一个对象，append操作是在原有对象的基础上进行的。因此在循环了10000次之后，这段代码所占的资源要比上面小得多。

　　那么既然有了StringBuilder类，还需要StringBuffer类吗？事实上，StringBuilder和StringBuffer类拥有的成员属性以及成员方法基本相同，区别是StringBuffer类的成员方法前面多了一个关键字：synchronized，不用多说，这个关键字是在多线程访问时起到安全保护作用的,也就是说StringBuffer是线程安全的。

　　下面摘了2段代码分别来自StringBuffer和StringBuilder，insert方法的具体实现：

　　StringBuilder的insert方法

<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:18px;">public StringBuilder insert(int index, char str[], int offset,int len)
{
super.insert(index, str, offset, len);
return this;
}</span>

    StringBuffer的insert方法：

<pre name="code" class="java"><span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:18px;">public synchronized StringBuffer insert(int index,char str[], int offset,int len)
{
super.insert(index, str, offset, len);
return this;
}
</span>

三、不同场景下三个类的性能测试

    从第二节我们已经看出了三个类的区别，这一小节我们来做个小测试，来测试一下三个类的性能区别：

public class TestCharacter {
final static int time = 50000; // 循环次数

public TestCharacter() {

}

public void test(String s) {
long begin = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < time; i++) {
s += "add";
}

long over = System.currentTimeMillis();
System.out.println("操作" + s.getClass().getName() + "类型使用的时间为："
+ (over - begin) + "毫秒");
}

public void test(StringBuffer s) {
long begin = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < time; i++) {
s.append("add");
}
long over = System.currentTimeMillis();
System.out.println("操作" + s.getClass().getCanonicalName() + "类型使用的时间为："
+ (over - begin) + "毫秒");
}

public void test(StringBuilder s) {
long begin = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < time; i++) {
s.append("add");
}
long over = System.currentTimeMillis();
System.out.println("操作" + s.getClass().getName() + "类型使用的时间为："
+ (over - begin) + "毫秒");
}

/* 对 String 直接进行字符串拼接的测试 */
public void test2() {
String s2 = "abcd";
long begin = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < time; i++) {
String s = s2 + s2 + s2;
}
long over = System.currentTimeMillis();
System.out.println("操作字符串对象引用相加类型使用的时间为：" + (over - begin) + "毫秒");
}

public void test3() {
long begin = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < time; i++) {
String s = "abcd" + "abcd" + "abcd";
}
long over = System.currentTimeMillis();
System.out.println("操作字符串相加使用的时间为：" + (over - begin) + "毫秒");
}

public static void main(String[] args) {
String s1 = "abcd";
StringBuffer st1 = new StringBuffer("abcd");
StringBuilder st2 = new StringBuilder("abcd");
TestCharacter tc = new TestCharacter();
tc.test(s1);
tc.test(st1);
tc.test(st2);
tc.test2();
tc.test3();
}
}

    我在myeclipse和dos下都运行了这段代码，各自打印出的时间有些不同，运行结果如下：

    1、myeclipse下循环50000次时：



    2、在DOS下运行时：



知识点总结：

一、 String 类

　　 String的值是不可变的，这就导致每次对String的操作都会生成新的String对象，不仅效率低下，而且大量浪费有限的内存空间。

String a = "a"; //假设a指向地址0x0001

a = "b";//重新赋值后a指向地址0x0002，但0x0001地址中保存的"a"依旧存在，但已经不再是a所指向的,a 已经指向了其它地址。

因此String的操作都是改变赋值地址而不是改变值操作。

二、StringBuffer类

    StringBuffer：字符串变量（Synchronized，即线程安全）。如果要频繁对字符串内容进行修改，出于效率考虑最好使用StringBuffer，如果想转成String类型，可以调用StringBuffer的toString()方法。

    Java.lang.StringBuffer线程安全的可变字符序列。在任意时间点上它都包含某种特定的字符序列，但通过某些方法调用可以改变该序列的长度和内容。可将字符串缓冲区安全地用于多个线程。

    StringBuffer 上的主要操作是 append 和 insert 方法，可重载这些方法，以接受任意类型的数据。每个方法都能有效地将给定的数据转换成字符串，然后将该字符串的字符追加或插入到字符串缓冲区中。append 方法始终将这些字符添加到缓冲区的末端；而 insert 方法则在指定的点添加字符。例如，如果 z 引用一个当前内容是“start”的字符串缓冲区对象，则此方法调用
z.append("le") 会使字符串缓冲区包含“startle”，而 z.insert(4, "le") 将更改字符串缓冲区，使之包含“starlet”。

三、StringBuilder类

    1、StringBuilder：字符串变量（非线程安全）。在内部，StringBuilder对象被当作是一个包含字符序列的变长数组。StringBuilder是一个可变的字符序列，该类被设计用作 StringBuffer 的一个简易替换，用在字符串缓冲区被单个线程使用的时候（这种情况很普遍）。

    2、StringBuffer是可变类，和线程安全的字符串操作类，任何对它指向的字符串的操作都不会产生新的对象。 每个StringBuffer对象都有一定的缓冲区容量，当字符串大小没有超过容量时，不会分配新的容量，当字符串大小超过容量时，会自动增加容量。

      StringBuffer buf=new StringBuffer(); //分配长16字节的字符缓冲区

      StringBuffer buf=new StringBuffer(512); //分配长512字节的字符缓冲区

      StringBuffer buf=new StringBuffer("this is a test")//在缓冲区中存放了字符串，并在后面预留了16字节的空缓冲区。

    3、StringBuffer

　　StringBuffer和StringBuilder类功能基本相似，主要区别在于StringBuffer类的方法是多线程、安全的，而StringBuilder不是线程安全的，相比而言，StringBuilder类会略微快一点。对于经常要改变值的字符串应该使用StringBuffer和StringBuilder类。

四、线程安全

    StringBuffer 线程安全

    StringBuilder 线程不安全

五、速度

     一般情况下,速度从快到慢:StringBuilder>StringBuffer>String,这种比较是相对的，不是绝对的。

    所以：如果要操作少量的数据用String

         单线程下大量操作缓冲区中的字符串用StringBuilder

         多线程下大量操作缓冲区中的字符串用StringBuffer