字符串（String、StringBuffer、StringBuilder）进阶分析

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我们先要记住三者的特征：

• String 字符串常量
• StringBuffer 字符串变量（线程安全）
• StringBuilder 字符串变量（非线程安全）

一、定义

查看 API 会发现，String、StringBuffer、StringBuilder 都实现了 CharSequence 接口，内部都是用一个char数组实现，虽然它们都与字符串相关，但是其处理机制不同。

• String：是不可改变的量，也就是创建后就不能在修改了。
• StringBuffer：是一个可变字符串序列，它与 String 一样，在内存中保存的都是一个有序的字符串序列（char 类型的数组），不同点是 StringBuffer 对象的值都是可变的。
• StringBuilder：与 StringBuffer 类基本相同，都是可变字符换字符串序列，不同点是 StringBuffer 是线程安全的，StringBuilder 是线程不安全的。

使用场景

使用 String 类的场景：在字符串不经常变化的场景中可以使用 String 类，例如常量的声明、少量的变量运算。

使用 StringBuffer 类的场景：在频繁进行字符串运算（如拼接、替换、删除等），并且运行在多线程环境中，则可以考虑使用 StringBuffer，例如 XML 解析、HTTP 参数解析和封装。

使用 StringBuilder 类的场景：在频繁进行字符串运算（如拼接、替换、和删除等），并且运行在单线程的环境中，则可以考虑使用 StringBuilder，如 SQL 语句的拼装、JSON 封装等。

分析

在性能方面，由于 String 类的操作是产生新的 String 对象，而 StringBuilder 和 StringBuffer 只是一个字符数组的扩容而已，所以 String 类的操作要远慢于 StringBuffer 和 StringBuilder。

简要的说， String 类型和 StringBuffer 类型的主要性能区别其实在于 String 是不可变的对象, 因此在每次对 String 类型进行改变的时候其实都等同于生成了一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象。所以经常改变内容的字符串最好不要用 String ，因为每次生成对象都会对系统性能产生影响，特别当内存中无引用对象多了以后， JVM 的 GC 就会开始工作，那速度是一定会相当慢的。

而如果是使用 StringBuffer 类则结果就不一样了，每次结果都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象，再改变对象引用。所以在一般情况下我们推荐使用 StringBuffer ，特别是字符串对象经常改变的情况下。

而在某些特别情况下， String 对象的字符串拼接其实是被 JVM 解释成了 StringBuffer 对象的拼接，所以这些时候 String 对象的速度并不会比 StringBuffer 对象慢，而特别是以下的字符串对象生成中， String 效率是远要比 StringBuffer 快的：

1. String S1 = “This is only a" + “ simple" + “ test";
2. StringBuffer Sb = new StringBuilder(“This is only a").append(“ simple").append(“ test");

你会很惊讶的发现，生成 String S1 对象的速度简直太快了，而这个时候 StringBuffer 居然速度上根本一点都不占优势。其实这是 JVM 的一个把戏，在 JVM 眼里，这个

 

String S1 = “This is only a" + “ simple" + “test";

其实就是：

 

String S1 = “This is only a simple test";

所以当然不需要太多的时间了。但大家这里要注意的是，如果你的字符串是来自另外的 String 对象的话，速度就没那么快了，譬如：

 

1 String S2 = "This is only a";
2 String S3 = "simple";
3 String S4 = "test";
4 String S1 = S2 +S3 + S4;

这时候 JVM 会规规矩矩的按照原来的方式去做。

又及：

关于 equal 和 ==

 

  == 用于比较两个对象的时候，是来check 是否两个引用指向了同一块内存。

这个输出就是false

这个输出是true
一个特殊情况 ：

这是因为：
字符串缓冲池：程序在运行的时候会创建一个字符串缓冲池。
当使用 String s1 = "xyz"; 这样的表达是创建字符串的时候（非new这种方式），程序首先会在这个 String 缓冲池中寻找相同值的对象，
在 String str1 = "xyz"; 中，s1 先被放到了池中，所以在 s2 被创建的时候，程序找到了具有相同值的 str1
并将 s2 引用 s1 所引用的对象 "xyz"

 

 equals()

equals() 是object的方法，默认情况下，它与== 一样，比较的地址。
但是当equal被重载之后，根据设计，equal 会比较对象的value。而这个是java希望有的功能。String 类就重写了这个方法

结果返回true

总的说，String 有个特点： 如果程序中有多个String对象，都包含相同的字符串序列，那么这些String对象都映射到同一块内存区域，所以两次new String("hello")生成的两个实例，虽然是相互独立的，但是对它们使用hashCode()应该是同样的结果。Note: 字符串数组并非这样，只有String是这样。即hashCode对于String，是基于其内容的。

 

public class StringHashCode {
       public static void main(String[] args) {
            \\输出结果相同
            String[] hellos = "Hello Hello".split(" " );
            System.out.println(""+hellos[0].hashCode());
            System.out.println(""+hellos[1].hashCode());
            \\输出结果相同
            String a = new String("hello");
            String b = new String("hello");
            System.out.println(""+a.hashCode());
            System.out.println(""+b.hashCode());
      }
}

结论

String 类是final类，不可以继承。对String类型最好的重用方式是组合 而不是继承。
String 有length（）方法，数组有length属性

String s = new String("xyz"); 创建了几个字符串对象？
两个对象，一个静态存储区“xyz”, 一个用new创建在堆上的对象。

String 和 StringBuffer,String Builder区别？

在大部分情况下 StringBuffer > String

Java.lang.StringBuffer 是线程安全的可变字符序列。一个类似于 String 的字符串缓冲区，但不能修改。虽然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。在程序中可将字符串缓冲区安全地用于多线程。而且在必要时可以对这些方法进行同步，因此任意特定实例上的所有操作就好像是以串行顺序发生的，该顺序与所涉及的每个线程进行的方法调用顺序一致。

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"( 累加); 而 z.insert(4, "le") 将更改字符串缓冲区，使之包含 “starlet"。

在大部分情况下 StringBuilder > StringBuffer

java.lang.StringBuilder 一个可变的字符序列是 JAVA 5.0 新增的。此类提供一个与 StringBuffer 兼容的 API，但不保证同步，所以使用场景是单线程。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）。如果可能，建议优先采用该类，因为在大多数实现中，它比 StringBuffer 要快。两者的使用方法基本相同。

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源码

String,StringBuffer,StringBuilder都实现了CharSequence接口。

 

public interface CharSequence
{
    int length();
    // return the char value at the specified index
    char charAt(int index);
    // return a new CharSequence that is a subsequence
    // of this sequence.
    CharSequence subSequence(int start, int end);
    public String toString();
}

String的源码

 

public final class String{
    private final char value[]; // used for character storage
    private int the hash; // cache the hash code for the string
}

成员变量只有两个：
final的char类型数组
int类型的hashcode

构造函数

 

public String()
public String(String original){
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}
public String(char value[]){
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
public String(char value[], int offset, int count){
    // 判断offset，count,offset+count是否越界之后
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}

这里用到了一些工具函数
copyOf(source[],length); 从源数组的0位置拷贝length个；
这个函数是用System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength))实现的。

copyOfRange(T[] original, int from, int to)。

构造函数还可以用StringBuffer/StringBuilder类型初始化String,

 

    public String(StringBuffer buffer) {
        synchronized(buffer) {
            this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
        }
    }
   public String(StringBuilder builder) {
        this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
    }

除了构造方法，String类的方法有很多，
length,isEmpty,可以通过操作value.length来实现。
charAt(int index):
通过操作value数组得到。注意先判断index的边界条件

 

    public char charAt(int index) {
        if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        return value[index];
    }

getChars方法

 

public void getChars(int srcBegin, int srcEnd,
     char dst[], int dstBegin)
     {
     \\边界检测
     System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
     }

equals方法，根据语义相等（内容相等，而非指向同一块内存），重新定义了equals

 

   public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

如果比较的双方指向同一块内存，自然相等；（比较==即可）
如果内容相等，也相等，比较方法如下：
首先anObject得是String类型（用关键字instanceof）
然后再比较长度是否相等；
如果长度相等，则挨个元素进行比较，如果每个都相等，则返回true.

还有线程安全的与StringBuffer内容比较
contentEquals(StringBuffer sb),实现是在sb上使用同步。

compareTo（）:
如果A大于B，则返回大于0的数；
A小于B，则返回小于0的数；
A=B，则返回0

 

    public int compareTo(String anotherString) {
        int len1 = value.length;
        int len2 = anotherString.value.length;
        int lim = Math.min(len1, len2);
        char v1[] = value;
        char v2[] = anotherString.value;

        int k = 0;
        while (k < lim) {
            char c1 = v1[k];
            char c2 = v2[k];
            if (c1 != c2) {
                return c1 - c2;
            }
            k++;
        }
        return len1 - len2;
    }

regionMatches:如果两个字符串的区域都是平等的，

public boolean regionMatches(int toffset, String other, int ooffset,
            int len)
   {
    //判断边界条件
            while (len-- > 0) {
            if (ta[to++] != pa[po++]) {
                return false;
            }
        }
            }
public boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toffset,
            String other, int ooffset, int len)
{   
    while (len-- > 0) {
            char c1 = ta[to++];
            char c2 = pa[po++];
            if (c1 == c2) {
                continue;
            }
            if (ignoreCase) {
                // If characters don't match but case may be ignored,
                // try converting both characters to uppercase.
                // If the results match, then the comparison scan should
                // continue.
                char u1 = Character.toUpperCase(c1);
                char u2 = Character.toUpperCase(c2);
                if (u1 == u2) {
                    continue;
                }
                // Unfortunately, conversion to uppercase does not work properly
                // for the Georgian alphabet, which has strange rules about case
                // conversion.  So we need to make one last check before
                // exiting.
                if (Character.toLowerCase(u1) == Character.toLowerCase(u2)) {
                    continue;
                }
            }
            return false;
        }
        return true;
}

startsWith(String prefix, int toffset)
startsWith(String prefix)
endsWith(String suffix)

{
    return startsWith(suffix, value.length
    - suffix.value.length);
    }

substring(int beginIndex,int endIndex)
除了条件判断：

 return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);

字符串连接concat(String str)

        int otherLen = str.length();
        if (otherLen == 0) {
            return this;
        }
        int len = value.length;
        char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
        str.getChars(buf, len);
        return new String(buf, true);

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对于StringBuffer和StringBuilder
StringBuffer 和 StringBuilder 都是继承于 AbstractStringBuilder, 底层的逻辑（比如append）都包含在这个类中。

 public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null) str = "null";
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);//查看使用空间满足，不满足扩展空间
        str.getChars(0, len, value, count);//getChars就是利用native的array copy,性能高效
        count += len;
        return this;
    }

StringBuffer 底层也是 char[], 数组初始化的时候就定下了大小, 如果不断的 append 肯定有超过数组大小的时候，我们是不是定义一个超大容量的数组，太浪费空间了。就像 ArrayList 的实现，采用动态扩展，每次 append 首先检查容量，容量不够就先扩展，然后复制原数组的内容到扩展以后的数组中