碎碎念

這是一道老生常談的問題了，字符串是不僅是 Java 中非常重要的一個對象，它在其他語言中也存在。比如 C++、Visual Basic、C# 等。字符串使用 String 來表示，字符串一旦被創(chuàng)建出來就不會被修改，當(dāng)你想修改 StringBuffer 或者是 StringBuilder，出于效率的考量，雖然 String 可以通過 + 來創(chuàng)建多個對象達(dá)到字符串拼接的效果，但是這種拼接的效率相比 StringBuffer 和 StringBuilder，那就是心有余而力不足了。本篇文章我們一起來深入了解一下這三個對象。

簡單認(rèn)識這三個對象

String

String 表示的就是 Java 中的字符串，我們?nèi)粘ｉ_發(fā)用到的使用 "" 雙引號包圍的數(shù)都是字符串的實例。String 類其實是通過 char 數(shù)組來保存字符串的。下面是一個典型的字符串的聲明

String s = "abc";

上面你創(chuàng)建了一個名為 abc 的字符串。

字符串是恒定的，一旦創(chuàng)建出來就不會被修改，怎么理解這句話？我們可以看下 String 源碼的聲明

告訴我你看到了什么？String 對象是由final 修飾的，一旦使用 final 修飾的類不能被繼承、方法不能被重寫、屬性不能被修改。而且 String 不只只有類是 final 的，它其中的方法也是由 final 修飾的，換句話說，Sring 類就是一個典型的 Immutable 類。也由于 String 􏰆的不可變性，類似字符串拼接、字符串截取等操作都會產(chǎn)生新的 Strign 對象。

所以請你告訴我下面

String s1 = "aaa"; String s2 = "bbb" + "ccc"; String s3 = s1 + "bbb"; String s4 = new String("aaa");

分別創(chuàng)建了幾個對象？

• 首先第一個問題，s1 創(chuàng)建了幾個對象。字符串在創(chuàng)建對象時，會在常量池中看有沒有 aaa 這個字符串；如果沒有此時還會在常量池中創(chuàng)建一個；如果有則不創(chuàng)建。我們默認(rèn)是沒有的情況，所以會創(chuàng)建一個對象。下同。
• 那么 s2 創(chuàng)建了幾個對象呢？是兩個對象還是一個對象？我們可以使用 javap -c 看一下反匯編代碼

public class com.sendmessage.api.StringDemo {public com.sendmessage.api.StringDemo();Code:0: aload_01: invokespecial #1 // 執(zhí)行對象的初始化方法4: returnpublic static void main(java.lang.String[]);Code:0: ldc #2 // 將 String aaa 執(zhí)行入棧操作2: astore_1 # pop出棧引用值，將其（引用）賦值給局部變量表中的變量 s13: ldc #3 // String bbbccc5: astore_26: return }

編譯器做了優(yōu)化 String s2 = "bbb" + "ccc" 會直接被優(yōu)化為 bbbccc。也就是直接創(chuàng)建了一個 bbbccc 對象。

javap 是 jdk 自帶的反匯編工具。它的作用就是根據(jù) class 字節(jié)碼文件，反匯編出當(dāng)前類對應(yīng)的 code 區(qū)（匯編指令）、本地變量表、異常表和代碼行偏移量映射表、常量池等等信息。

javap -c 就是對代碼進(jìn)行反匯編操作。

• 下面來看 s3，s3 創(chuàng)建了幾個對象呢？是一個還是兩個？還是有其他選項？我們使用 javap -c 來看一下

我們可以看到，s3 執(zhí)行 + 操作會創(chuàng)建一個 StringBuilder 對象然后執(zhí)行初始化。執(zhí)行 + 號相當(dāng)于是執(zhí)行 new StringBuilder.append() 操作。所以

String s3 = s1 + "bbb";==String s3 = new StringBuilder().append(s1).append("bbb").toString();// Stringbuilder.toString() 方法也會創(chuàng)建一個 String public String toString() {// Create a copy, don't share the arrayreturn new String(value, 0, count); }

所以 s3 執(zhí)行完成后，相當(dāng)于創(chuàng)建了 3 個對象。

• 下面來看 s4 創(chuàng)建了幾個對象，在創(chuàng)建這個對象時因為使用了 new 關(guān)鍵字，所以肯定會在堆中創(chuàng)建一個對象。然后會在常量池中看有沒有 aaa 這個字符串；如果沒有此時還會在常量池中創(chuàng)建一個；如果有則不創(chuàng)建。所以可能是創(chuàng)建一個或者兩個對象，但是一定存在兩個對象。

說完了 String 對象，我們再來說一下 StringBuilder 和 StringBuffer 對象。

上面的 String 對象竟然和 StringBuilder 產(chǎn)生了千絲萬縷的聯(lián)系。不得不說 StringBuilder 是一個牛逼的對象。String 對象底層是使用了 StringBuilder 對象的 append 方法進(jìn)行字符串拼接的，不由得對 StringBuilder 心生敬意。

不由得我們想要真正認(rèn)識一下這個 StringBuilder 大佬，但是在認(rèn)識大佬前，還有一個大 boss 就是 StringBuffer 對象，這也是你不得不跨越的鴻溝。

StringBuffer

StringBuffer 對象 代表一個可變的字符串序列，當(dāng)一個 StringBuffer 被創(chuàng)建以后，通過 StringBuffer 的一系列方法可以實現(xiàn)字符串的拼接、截取等操作。一旦通過 StringBuffer 生成了最終想要的字符串后，就可以調(diào)用其 toString 方法來生成一個新的字符串。例如

StringBuffer b = new StringBuffer("111"); b.append("222"); System.out.println(b);

我們上面提到 + 操作符連接兩個字符串，會自動執(zhí)行 toString() 方法。那你猜 StringBuffer.append 方法會自動調(diào)用嗎？直接看一下反匯編代碼不就完了么？

上圖左邊是手動調(diào)用 toString 方法的代碼，右圖是沒有調(diào)用 toString 方法的代碼，可以看到，toString() 方法不像 + 一樣自動被調(diào)用。

StringBuffer 是線程安全的，我們可以通過它的源碼可以看出

StringBuffer 在字符串拼接上面直接使用 synchronized 關(guān)鍵字加鎖，從而保證了線程安全性。

StringBuilder

最后來認(rèn)識大佬了，StringBuilder 其實是和 StringBuffer 幾乎一樣，只不過 StringBuilder 是非線程安全的。并且，為什么 + 號操作符使用 StringBuilder 作為拼接條件而不是使用 StringBuffer 呢？我猜測原因是加鎖是一個比較耗時的操作，而加鎖會影響性能，所以 String 底層使用 StringBuilder 作為字符串拼接。

深入理解 String、StringBuilder、StringBuffer

我們上面說到，使用 + 連接符時，JVM 會隱式創(chuàng)建 StringBuilder 對象，這種方式在大部分情況下并不會造成效率的損失，不過在進(jìn)行大量循環(huán)拼接字符串時則需要注意。如下這段代碼

String s = "aaaa"; for (int i = 0; i < 100000; i++) {s += "bbb"; }

這是一段很普通的代碼，只不過對字符串 s 進(jìn)行了 + 操作，我們通過反編譯代碼來看一下。

// 經(jīng)過反編譯后 String s = "aaa"; for(int i = 0; i < 10000; i++) {s = (new StringBuilder()).append(s).append("bbb").toString(); }

你能看出來需要注意的地方了嗎？在每次進(jìn)行循環(huán)時，都會創(chuàng)建一個 StringBuilder 對象，每次都會把一個新的字符串元素 bbb 拼接到 aaa 的后面，所以，執(zhí)行幾次后的結(jié)果如下

每次都會創(chuàng)建一個 StringBuilder ，并把引用賦給 StringBuilder 對象，因此每個 StringBuilder 對象都是強(qiáng)引用， 這樣在創(chuàng)建完畢后，內(nèi)存中就會多了很多 StringBuilder 的無用對象。了解更多關(guān)于引用的知識，請看

https://mp.weixin.qq.com/s/ZflBpn2TBzTNv_-G-zZxNg

這樣由于大量 StringBuilder 創(chuàng)建在堆內(nèi)存中，肯定會造成效率的損失，所以在這種情況下建議在循環(huán)體外創(chuàng)建一個 StringBuilder 對象調(diào)用 append()方法手動拼接。

例如

StringBuilder builder = new StringBuilder("aaa"); for (int i = 0; i < 10000; i++) {builder.append("bbb"); } builder.toString();

這段代碼中，只會創(chuàng)建一個 builder 對象，每次循環(huán)都會使用這個 builder 對象進(jìn)行拼接，因此提高了拼接效率。

從設(shè)計角度理解

我們前面說過，String 類是典型的 Immutable 不可變類實現(xiàn)，保證了線程安全性，所有對 String 字符串的修改都會構(gòu)造出一個新的 String 對象，由于 String 的不可變性，不可變對象在拷貝時不需要額外的復(fù)制數(shù)據(jù)。

String 在 JDK1.6 之后提供了 intern() 方法，intern 方法是一個 native 方法，它底層由 C/C++ 實現(xiàn)，intern 方法的目的就是為了把字符串緩存起來，在 JDK1.6 中卻不推薦使用 intern 方法，因為 JDK1.6 把方法區(qū)放到了永久代（Java 堆的一部分），永久代的空間是有限的，除了 Fullgc 外，其他收集并不會釋放永久代的存儲空間。JDK1.7 將字符串常量池移到了堆內(nèi)存 中，

下面我們來看一段代碼，來認(rèn)識一下 intern 方法

public static void main(String[] args) {String a = new String("ab");String b = new String("ab");String c = "ab";String d = "a";String e = new String("b");String f = d + e;System.out.println(a.intern() == b);System.out.println(a.intern() == b.intern());System.out.println(a.intern() == c);System.out.println(a.intern() == f);}

上述的執(zhí)行結(jié)果是什么呢？我們先把答案貼出來，以防心急的同學(xué)想急于看到結(jié)果，他們的答案是

false
true
true
false

和你預(yù)想的一樣嗎？為什么會這樣呢？我們先來看一下 intern 方法的官方解釋

這里你需要知道 JVM 的內(nèi)存模型

• 虛擬機(jī)棧 : Java 虛擬機(jī)棧是線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)，Java 虛擬機(jī)棧的生命周期與線程相同，虛擬機(jī)棧也是局部變量的存儲位置。方法在執(zhí)行過程中，會在虛擬機(jī)棧種創(chuàng)建一個 棧幀(stack frame)。
• 本地方法棧: 本地方法棧也是線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)，本地方法棧存儲的區(qū)域主要是 Java 中使用 native 關(guān)鍵字修飾的方法所存儲的區(qū)域
• 程序計數(shù)器：程序計數(shù)器也是線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)，這部分區(qū)域用于存儲線程的指令地址，用于判斷線程的分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常、線程切換和恢復(fù)等功能，這些都通過程序計數(shù)器來完成。
• 方法區(qū)：方法區(qū)是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲虛擬機(jī)加載的 類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
• 堆： 堆是線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，堆是 JVM 中最大的一塊存儲區(qū)域，所有的對象實例都會分配在堆上
• 運(yùn)行時常量池：運(yùn)行時常量池又被稱為 Runtime Constant Pool，這塊區(qū)域是方法區(qū)的一部分，它的名字非常有意思，它并不要求常量一定只有在編譯期才能產(chǎn)生，也就是并非編譯期間將常量放在常量池中，運(yùn)行期間也可以將新的常量放入常量池中，String 的 intern 方法就是一個典型的例子。

在 JDK 1.6 及之前的版本中，常量池是分配在方法區(qū)中永久代(Parmanent Generation)內(nèi)的，而永久代和 Java 堆是兩個完全分開的區(qū)域。如果字符串常量池中已經(jīng)包含一個等于此 String 對象的字符串，則返回常量池中這個字符串的 String 對象；否則，將此 String 對象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此 String 對象的引用。

一些人把方法區(qū)稱為永久代，這種說法不準(zhǔn)確，僅僅是 Hotspot 虛擬機(jī)設(shè)計團(tuán)隊選擇使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已。

從JDK 1.7開始去永久代，字符串常量池已經(jīng)被轉(zhuǎn)移至 Java 堆中，開發(fā)人員也對 intern 方法做了一些修改。因為字符串常量池和 new 的對象都存于 Java 堆中，為了優(yōu)化性能和減少內(nèi)存開銷，當(dāng)調(diào)用 intern 方法時，如果常量池中已經(jīng)存在該字符串，則返回池中字符串；否則直接存儲堆中的引用，也就是字符串常量池中存儲的是指向堆里的對象。

所以我們對上面的結(jié)論進(jìn)行分析

String a = new String("ab"); String b = new String("ab");System.out.println(a.intern() == b);

輸出什么？ false，為什么呢？畫一張圖你就明白了（圖畫的有些問題，棧應(yīng)該是后入先出，所以 b 應(yīng)該在 a 上面，不過不影響效果）

a.intern 返回的是常量池中的 ab，而 b 是直接返回的是堆中的 ab。地址不一樣，肯定輸出 false

所以第二個

System.out.println(a.intern() == b.intern());

也就沒問題了吧，它們都返回的是字符串常量池中的 ab，地址相同，所以輸出 true

然后來看第三個

System.out.println(a.intern() == c);

圖示如下

a 不會變，因為常量池中已經(jīng)有了 ab ，所以 c 不會再創(chuàng)建一個 ab 字符串，這是編譯器做的優(yōu)化，為了提高效率。

下面來看最后一個

System.out.println(a.intern() == f);

String

首先來看一下 String 類在繼承樹的什么位置、實現(xiàn)了什么接口、父類是誰，這是源碼分析的幾大重要因素。

String 沒有繼承任何接口，不過實現(xiàn)了三個接口，分別是 **Serializable、Comparable、CharSequence **接口

• Serializable ：這個序列化接口沒有任何方法和域，僅用于標(biāo)識序列化的語意。
• Comparable：實現(xiàn)了 Comparable 的接口可用于內(nèi)部比較兩個對象的大小
• CharSequence：字符串序列接口，CharSequence 是一個可讀的 char 值序列，提供了 length(), charAt(int index), subSequence(int start, int end) 等接口，StringBuilder 和 StringBuffer 也繼承了這個接口

重要屬性

字符串是什么，字！符！串！ 你品，你細(xì)品。你會發(fā)現(xiàn)它就是一連串字符組成的串。

也就是說

String str = "abc"; // === char data[] = {'a', 'b', 'c'}; String str = new String(data);

原來這么回事啊！

所以，String 中有一個用于存儲字符的 char 數(shù)組 value[]，這個數(shù)組存儲了每個字符。另外一個就是 hash 屬性，它用于緩存字符串的哈希碼。因為 String 經(jīng)常被用于比較，比如在 HashMap 中。如果每次進(jìn)行比較都重新計算其 hashcode 的值的話，那無疑是比較麻煩的，而保存一個 hashcode 的緩存無疑能優(yōu)化這樣的操作。

String 可以通過許多途徑創(chuàng)建，也可以根據(jù) Stringbuffer 和 StringBuilder 進(jìn)行創(chuàng)建。

畢竟我們本篇文章探討的不是源碼分析的文章，所以涉及到的源碼不會很多。

除此之外，String 還提供了一些其他方法

• charAt ：返回指定位置上字符的值

• getChars: 復(fù)制 String 中的字符到指定的數(shù)組

• equals: 用于判斷 String 對象的值是否相等

• indexOf : 用于檢索字符串

• substring: 對字符串進(jìn)行截取

• concat: 用于字符串拼接，效率高于 +

• replace：用于字符串替換

• match：正則表達(dá)式的字符串匹配

• contains: 是否包含指定字符序列

• split: 字符串分割

• join: 字符串拼接

• trim: 去掉多余空格

• toCharArray: 把 String 對象轉(zhuǎn)換為字符數(shù)組

• valueOf: 把對象轉(zhuǎn)換為字符串

StringBuilder

StringBuilder 類表示一個可變的字符序列，我們知道，StringBuilder 是非線程安全的容器，一般適用于單線程場景中的字符串拼接操作，下面我們就來從源碼角度看一下 StringBuilder

首先我們來看一下 StringBuilder 的定義

public final class StringBuilderextends AbstractStringBuilderimplements java.io.Serializable, CharSequence {...}

StringBuilder 被 final 修飾，表示 StringBuilder 是不可被繼承的，StringBuilder 類繼承于 AbstractStringBuilder類。實際上，AbstractStringBuilder 類具體實現(xiàn)了可變字符序列的一系列操作，比如：append()、insert()、delete()、replace()、charAt() 方法等。

StringBuilder 實現(xiàn)了 2 個接口

• Serializable 序列化接口，表示對象可以被序列化。
• CharSequence 字符序列接口，提供了幾個對字符序列進(jìn)行只讀訪問的方法，例如 ength()、charAt()、subSequence()、toString() 方法等。

StringBuilder 使用 AbstractStringBuilder 類中的兩個變量作為元素

char[] value; // 存儲字符數(shù)組int count; // 字符串使用的計數(shù)

StringBuffer

StringBuffer 也是繼承于 AbstractStringBuilder ，使用 value 和 count 分別表示存儲的字符數(shù)組和字符串使用的計數(shù)，StringBuffer 與 StringBuilder 最大的區(qū)別就是 StringBuffer 可以在多線程場景下使用，StringBuffer 內(nèi)部有大部分方法都加了 synchronized 鎖。在單線程場景下效率比較低，因為有鎖的開銷。

StringBuilder 和 StringBuffer 的擴(kuò)容問題

我相信這個問題很多同學(xué)都沒有注意到吧，其實 StringBuilder 和 StringBuffer 存在擴(kuò)容問題，先從 StringBuilder 開始看起

首先先注意一下 StringBuilder 的初始容量

public StringBuilder() {super(16); }

StringBuilder 的初始容量是 16，當(dāng)然也可以指定 StringBuilder 的初始容量。

在調(diào)用 append 拼接字符串，會調(diào)用 AbstractStringBuilder 中的 append 方法

public AbstractStringBuilder append(String str) {if (str == null)return appendNull();int len = str.length();ensureCapacityInternal(count + len);str.getChars(0, len, value, count);count += len;return this; }

上面代碼中有一個 ensureCapacityInternal 方法，這個就是擴(kuò)容方法，我們跟進(jìn)去看一下

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {// overflow-conscious codeif (minimumCapacity - value.length > 0) {value = Arrays.copyOf(value,newCapacity(minimumCapacity));} }

這個方法會進(jìn)行判斷，minimumCapacity 就是字符長度 + 要拼接的字符串長度，如果拼接后的字符串要比當(dāng)前字符長度大的話，會進(jìn)行數(shù)據(jù)的復(fù)制，真正擴(kuò)容的方法是在 newCapacity 中

private int newCapacity(int minCapacity) {// overflow-conscious codeint newCapacity = (value.length << 1) + 2;if (newCapacity - minCapacity < 0) {newCapacity = minCapacity;}return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)? hugeCapacity(minCapacity): newCapacity; }

擴(kuò)容后的字符串長度會是原字符串長度增加一倍 + 2，如果擴(kuò)容后的長度還比拼接后的字符串長度小的話，那就直接擴(kuò)容到它需要的長度 newCapacity = minCapacity，然后再進(jìn)行數(shù)組的拷貝。

總結(jié)

本篇文章主要描述了 String 、StringBuilder 和 StringBuffer 的主要特性，String、StringBuilder 和 StringBuffer 的底層構(gòu)造是怎樣的，以及 String 常量池的優(yōu)化、StringBuilder 和 StringBuffer 的擴(kuò)容特性等。

如果有錯誤的地方，還請大佬們提出寶貴意見。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【扯皮系列】一篇与众不同的 String、StringBuilder 和 StringBuffer 详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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