探祕Java中String、StringBuilder以及StringBuffer

原文出處：海子

相信String這個類是Java中使用得最頻繁的類之一，並且又是各大公司面試喜歡問到的地方，今天就來和大家一起學習一下String、StringBuilder和StringBuffer這幾個類，分析它們的異同點以及瞭解各個類適用的場景。下面是本文的目錄大綱：

一.你瞭解String類嗎？

二.深入理解String、StringBuffer、StringBuilder

三.不同場景下三個類的性能測試

四.常見的關於String、StringBuffer的面試題（闢謠網上流傳的一些曲解String類的說法）

若有不正之處，請多多諒解和指正，不勝感激。

一.你瞭解String類嗎？

想要了解一個類，最好的辦法就是看這個類的實現源代碼，String類的實現在

\jdk1.6.0_14\src\java\lang\String.java 文件中。

打開這個類文件就會發現String類是被final修飾的：

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

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

    ......

}

從上面可以看出幾點：

　　1）String類是final類，也即意味着String類不能被繼承，並且它的成員方法都默認爲final方法。在Java中，被final修飾的類是不允許被繼承的，並且該類中的成員方法都默認爲final方法。在早期的JVM實現版本中，被final修飾的方法會被轉爲內嵌調用以提升執行效率。而從Java SE5/6開始，就漸漸擯棄這種方式了。因此在現在的Java SE版本中，不需要考慮用final去提升方法調用效率。只有在確定不想讓該方法被覆蓋時，纔將方法設置爲final。

　　2）上面列舉出了String類中所有的成員屬性，從上面可以看出String類其實是通過char數組來保存字符串的。

　　下面再繼續看String類的一些方法實現：
　　

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;

　　從上面的三個方法可以看出，無論是sub操、concat還是replace操作都不是在原有的字符串上進行的，而是重新生成了一個新的字符串對象。也就是說進行這些操作後，最原始的字符串並沒有被改變。

　　在這裏要永遠記住一點：

　　“對String對象的任何改變都不影響到原對象，相關的任何change操作都會生成新的對象”。

　　在瞭解了於String類基礎的知識後，下面來看一些在平常使用中容易忽略和混淆的地方。
　　

二.深入理解String、StringBuffer、StringBuilder

1.String str=”hello world”和String str=new String(“hello world”)的區別

　　想必大家對上面2個語句都不陌生，在平時寫代碼的過程中也經常遇到，那麼它們到底有什麼區別和聯繫呢？下面先看幾個例子：
　　

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);
    }
}

這段代碼的輸出結果爲：

爲什麼會出現這樣的結果？下面解釋一下原因：

在前面一篇講解關於JVM內存機制的一篇博文中提到 ，在class文件中有一部分 來存儲編譯期間生成的 字面常量以及符號引用，這部分叫做class文件常量池，在運行期間對應着方法區的運行時常量池。

因此在上述代碼中，String str1 = “hello world”;和String str3 = “hello world”; 都在編譯期間生成了 字面常量和符號引用，運行期間字面常量”hello world”被存儲在運行時常量池（當然只保存了一份）。通過這種方式來將String對象跟引用綁定的話，JVM執行引擎會先在運行時常量池查找是否存在相同的字面常量，如果存在，則直接將引用指向已經存在的字面常量；否則在運行時常量池開闢一個空間來存儲該字面常量，並將引用指向該字面常量。

總所周知，通過new關鍵字來生成對象是在堆區進行的，而在堆區進行對象生成的過程是不會去檢測該對象是否已經存在的。因此通過new來創建對象，創建出的一定是不同的對象，即使字符串的內容是相同的。

2.String、StringBuffer以及StringBuilder的區別

既然在Java中已經存在了String類，那爲什麼還需要StringBuilder和StringBuffer類呢？
那麼看下面這段代碼：

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        String string = "";
        for(int i=0;i<10000;i++){
            string += "hello";
        }
    }
}

這句 string += “hello”;的過程相當於將原有的string變量指向的對象內容取出與”hello”作字符串相加操作再存進另一個新的String對象當中，再讓string變量指向新生成的對象。如果大家還有疑問可以反編譯其字節碼文件便清楚了：

<圖略>

從這段反編譯出的字節碼文件可以很清楚地看出：從第8行開始到第35行是整個循環的執行過程，並且每次循環會new出一個StringBuilder對象，然後進行append操作，最後通過toString方法返回String對象。也就是說這個循環執行完畢new出了10000個對象，試想一下，如果這些對象沒有被回收，會造成多大的內存資源浪費。從上面還可以看出：string+=”hello”的操作事實上會自動被JVM優化成：

StringBuilder str = new StringBuilder(string);

str.append(“hello”);

str.toString();

未完待續。。。