Java的String、StringBuffer、StringBuilder

一、String的解析

1.1 问题的引入

相信许多人都遇到过这样的一道面试题

String s1 = "ab";
String s2 = "cd";
String s3 = "abcd";
String s4 = s1 + s2;
String s5 = "ab" + "cd";

System.out.println(s4 == s3);
System.out.println(s5 == s3);

由于==号比较的变量地址，因此这道题翻译一下就是s4所指向的地址与s3所指向的地址是否一致，s5所指向的地址与s3所指向的地址是否一致。

第一道题的答案是s4所指向的地址和s3是不一致的，具体为什么，我们可以借助smali看看在jvm中s4 = s1 + s2这段代码的真正执行逻辑

new-instance v5, Ljava/lang/StringBuilder;
invoke-direct {v5}, Ljava/lang/StringBuilder;-><init>()V
invoke-virtual {v5, v0}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
move-result-object v5
invoke-virtual {v5, v1}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
move-result-object v5
invoke-virtual {v5}, Ljava/lang/StringBuilder;->toString()Ljava/lang/String;
move-result-object v3
.line 12
.local v3, "s4":Ljava/lang/String;

在JVM中，s4 = s1 + s2这段代码并不只是简单的两个字符串相加，通过smali可以看出先是新建了一个StringBuilder对象，然后通过append方法将v0(“ab”),v1(“cd”)的值相加，然后再调用toString赋值给s4。因此s4等于是一个新建的对象，当然地址和s3也就不一致了。至于StringBuilder的概念我们下面再说。

第二道题的答案是s5所指向的地址和s3是一致的，这个结果首先要知道s5在jvm中是一个怎么样的解释方法，还是看smali代码：

const-string v4, "abcd"
.line 14
.local v4, "s5":Ljava/lang/String;

可以看到s5=”ab”+”cd”被直接翻译成了s5=”abcd”，这样就和s3拥有了一样的常量字符，这两个对象就指向了常量池中一样的”abcd”地址。至于常量池的概念，我们下面再说。

1.2 常量池的概念

通过上面第二道题的结果，我们引出了常量池这个概念。在Java编译好的Class文件中，有一个称之为Constant Pool的区域，它是一个数组构成的表，用来存储程序中的各种常量，包括Class、String、Integer等等各种基本的Java类型。String Pool是Constant Pool中存储String常量的区域。在运行过程中，常量池中的String会在堆中创建一个新的对象，当一个变量被创建时，会优先查找常量池中是否有相同的String，如果有，怎直接返回常量池中String指向的地址。这样就能解释上面的s5 == s3了。

1.3 intern方法

既然引出了常量池的概念，我们也说一说intern这个方法，先看一个例子，我们在上面那题的基础上，给出一题

String s6 = s4.intern();
System.out.println(s6 == s3);

这个的输出是s6和s3是一样的对象，也就是等号成立。看intern这个方法的官方doc注释：

* When the intern method is invoked, if the pool already contains a
* string equal to this {@code String} object as determined by
* the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is
* returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the
* pool and a reference to this {@code String} object is returned.

当这个方法调用时，会先优先查找String pool中是否有相等的字符串，如果有，则直接返回String pool中的地址，否则，则新建一个字符串到String pool中。

1.4 String是一个不可变类型

通过查看源码可知String类中用来存储字符串的数组是一个final类型

/** The value is used for character storage. */
private final char value[];

因此只能被一次复制，之后不能再修改。字符串的扩展操作必定是新建了一个对象，所以String是一个不可变的类型。至于String不可变的原因，是由于String在Java中被当做了类似基本类型来使用，使用频率特别高如果可以任意改变它指向的内存的值，很容易导致其源数据改变造成一些意料之外的运行结果，比如在网络传输时，在发送某段字符串的过程中，String之前指向的内存值被修改了，导致数据出现了改变这一就会造成意想不到的结果。因此每次对String的修改都创建了一个新的对象，开辟了一块新的内存地址，以避免这种情况。

二、StringBuffer

2.1 StringBuffer是什么

StringBuffer其实就是对String的可变化对象，上面已经说过String是一个不可变的对象，但是总有一些场景会出现不可变对象会造成效率的降低，因此就需要一个StringBuffer对象用来弥补String的不足，可以看到StringBuffer的成员变量中，用来存储字符串(声明在AbstractStringBuilder中)的变量已经不是final了，意味着它可以进行扩展，删除。

/**
* The value is used for character storage.
*/
char[] value;

除此之外，StringBuffer是线程安全的，所有的公开方法都加上了

synchronized

字段，这样就可以避免多线程操作造成的不可预知的结果。

2.2 为什么要StringBuffer

看下面一段代码

String s1 = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
s1 += "ab";
}

这样一个循环增加字符串的长度由于String的不可变性，会在每次调用+=的时候创建一个新的对象，效率会非常的低。在第四节会测试看看这样的效率影响会有多大。如果改写成

StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer(2000);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
stringBuffer.append("ab");
}

只需要创建一次对象，并且直接通过扩容StringBuilder就可以实现+=的效果。说到扩容，这里再介绍一下StringBuilder的append方法，最核心应该就是StringBuilder默认会创建一个长度为16的字符数组，如果在调用append的时候发现数组不过大，则会增加原长度的2倍+2的长度，如下：

/**
* This implements the expansion semantics of ensureCapacity with no
* size check or synchronization.
*/
void expandCapacity(int minimumCapacity) {
int newCapacity = value.length * 2 + 2;
if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
newCapacity = minimumCapacity;
if (newCapacity < 0) {
if (minimumCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
}
value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
}

因此，如果能提前估算出StringBuilder的大小，就能减少扩容带来的性能损耗。就像

StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer(2000);

这样声明即可。

三、StringBuilder

3.1 StringBuilder是什么

StringBuilder可以说是StringBuffer的无同步锁版本，和StringBuffer唯一的区别就是所有的公开方法都没有加synchronized。

3.2 为什么要用StringBuilder

加锁会造成性能损耗，所以如果确定不会进行多线程操作时，使用StringBuilder会比使用StringBuffer带来更好的效率

四、String、StringBuffer、StringBuilder

4.1 效率的差别

上面分别说明了String、StringBuffer和StringBuilder，现在我们就来看看这三个类的效率差别有多大吧。下面是对三者分别进行扩展1000个字符 10000个字符 100000个字符所需时间的测试结果

测试对象	1000	10000	100000	10000000
String	7ms	173ms	5033ms
StringBuffer	0ms	1ms	1ms	395ms
StringBuilder	0ms	1ms	1ms	146ms

可以看到StringBuffer和StringBuilder比String的效率高了多少，在10000000的循环之后才看出StringBuffer和StringBuilder的差别，大概是差了2倍左右。

所以对于字符串扩充这个操作效率是StringBuilder > StringBuffer > String

4.2 总结

在使用的过程中如果没有多线程的操作，尽量使用StringBuilder来进行字符串的操作，StringBuffer一般用于多线程操作同一字符的情况。而在进行字符串操作的时候尽量避免使用”+=”,”=”等操作，可以大大提升程序的运行效率。