Java中StringStringBuffer和StringBuilder的区别

Posted 2020-11-21 Coosee

在编程中，对于字符串拼接，我们可以用String类重载的+或concat(str)、StringBuffer的append(str)、StringBuilder的append(str)。那么，三者到底有什么不同呢？

一：String

        1：String类的特性

             1）String是个final类：所以String类是不可以被继承的。同样，String对象的值是不可以被改变的；

             2）String对象的创建方法比较（原理比较）：

                 在JVM加载运行class文件时，对于字节文件中出现的常量（符号引用、字符串字面量等）会在方法区的常量池中分类存放。其中，源代码中出现过的字符串字面常量会保存在 CONSTANT_String_info常量表中。然后，根据不同的创建方法，会有不同的内容分配，具体如下：

                  1、字面常量方式创建String变量：String str1=“string” ；

                                                              String str2="string";

                      上面创建了两个String引用，都指向同样内容的字符串。我们知道该类在加载时，字符串常量被存放在 CONSTANT_String_info常量表 中，并且同一字符串内容只会存放一次（我们称常量表中的字符串为“拘留字符串”）。故此，上面两个String引用都指向 CONSTANT_String_info常量表 中的同一地址（同一拘留字符串）。因此，这里 str1==str2 返回true。（另：这里是没有创建string对象的，因为没有在堆中分配内存）

                  2、通过new关键字创建String对象：String str1=new String("string")；

                                                                  String str2=new String（"string"）;

                       类在加载时，首先把源代码中出现的字符串常量放在CONSTANT_String_info常量表中，故此：上面两语句中相同的 “string” 常量值放在了字符串常量表中同一处。然后，在执行到这两条语句时，根据new关键字，在堆中分别创建String对象str1和str2，并且两对象在堆中保存值均为 "string" 。也就是说，此时JVM中有三个地方存有同一字符串值：常量表中的拘留字符串、str1对象的堆空间、str2对象的堆空间。因此，这里的 str1==str2 返回的是false。调用String类重写过的equals()方法比较两对象的值才返回true。

                  3、通过intern()方法创建的String“对象”：String str1="string";

                                                                         String str2=new String("string").intern();

       intern()的作用：当常量池的字符串常量表中存在与 "string" 相同（内容相同）的字符串（拘留字符串）时，则直接返回这个拘留字符串的地址，赋值给str2（此时没有创建新的对象）；

       如果常量池中没有与 “string” 相同的拘留字符串时，则把 "string" 添加到常量池中（成为拘留字符串，供下一个intern()时作返回用），并在堆中创建String对象然后把对象的引用返回（此时有新对象创建）；

       因此，这里 str1==str2 返回true。

       由此可见，intern()方法主要可以用来避免创建内容重复的String对象，值得我们重视。

 

        2：String中重载的 + 工作原理

        用String类重载的 + 拼接字符串时，可以在 + 前后跟其他数据类型，不一定是string类型。其他类型数据会自动“向高看齐”转化为String类型。

        重载的 +  操作符，其实是创建一个StringBuffer或StringBuilder对象，用append方法对字符串进行连接，最后调用toString方法返回String字符串。 

        注意用 + 拼接字符串的两种情况：

              2.1）用 + 拼接两个字符串变量：String str1="str";

                                                        String str2="ing";

                                                        String str=str1+str2;

                                                        String str1_2="string";

                      解析：这里用 + 拼接的是两个字符串变量，所以会首先创建一个StringBuffer/StringBuilder，然后 append(str1).append(str2) 把str1和str2拼接起来，最后通过toString()生成一个新的String对象并把引用返回，赋值给str。所以，这里的 str==str1_2 结果是false。这里创建了新的String对象。

             2.2)用 + 拼接两个字符串字面量：String str1="str"+"ing";

                                                         String str2="string"；

                      解析：用 + 拼接两个字符串字面量时，JVM会自动把这两个字面量的合并值作为一个完成的字符串常量值，保存到常量池的字符串常量表中。因此，这里 str1==str2 结果是true。这里没有创建新的String对象，只是把拼接结果作为拘留字符串的保存地址返回了而已。

 

        3：String中的concat(str)拼接字符串

        与 + 可以拼接其他数据类型不同，concat()只能把string类型的内容拼接到调用者后面。

       

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);  
    }

         我们可以看到，concat()拼接字符串的原理是创建一个新的char[]字符数组，把两个字符串转化为char后存在新数组中，最后用char[]创建一个新的String对象。

二：StringBuilder

        1：StringBuilder是个非线程安全的final类，不能被继承

        2：StringBuilder的append() 工作原理

public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }

        StringBuilder是调用了其父类的append方法的，我们来看源码：

public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null) {
            str = "null";
        }
        int len = str.length();
        if (len == 0) {
            return this;
        }

        int newCount = count + len;//统计拼接后字符串长度
        if (newCount > value.length) {
            expandCapacity(newCount);//如果拼接结果大于所用的char[]，则扩容
        }
       //getChars将拼接字符串赋值到char[]中
        str.getChars(0, len, value, count);
        count = newCount;//更新char[]所保存的字符串长度
        return this;
    }

         可知，用StringBuilder拼接字符串时，其实是在底层创建了一个char[]数组，然后通过char[]把要拼接的字符串添加到char[]而已。最后通过toString()生成最终拼接结果时就是通过  return new String(char[]) 实现的。

    三：StringBuffer

        1：StringBuffer是个线程安全的final类，不能被继承。

        2：StringBuffer的 append() 工作原理

public synchronized StringBuffer append(String str) {
    super.append(str);
        return this;
    }

        可以看到，StringBuffer的append也是调用父类AbstractStringBuilder的append方法实现的，原理同StringBuilder。其唯一不同的地方在于，加了一个syncrhoized关键字修饰append（）方法，保证了线程同步。

 

    四：三者性能比较与选用

        1：性能：一般来说是  StringBuilder>StringBuffer>String

            从上面四种（其实应该说是五种，+ 分为字符串常量的拼接和变量的拼接两种）的字符串拼接来看，除了字符串常量的拼接是返回拘留字符串的地址外，其他四种（str1+str2、str1.concat(str2)、builder.append(str1).append(str2)、buffer.append(str1).append(str2)）都是使用了StringBuilder，或者说是StringBuilder的父类的拼接方法来做的——创建一个char数组，把需要拼接的内容先存进char数组，最后通过char数组创建新的String对象返回。

            造成三者性能差别的主要原因是：

            用String的 + 累加拼接字符串变量时，每拼接一个就会创建一个StringBuilder，并通过append()方法拼接，然后返回一个新的String对象。然后再继续拼接下一个变量。这样就会导致重复创建StringBuilder对象，性能低下。用 concat() 累计拼接时，则每两个字符串拼接都会创建一个 char[] 进行内容拼接并返回一个新的String对象作为结果，重复调用concat()会导致重复创建char[]和新String对象，性能低下。

            StringBuilder在调用toString()之前都不会创建拼接结果，并且底层的char数组会自动扩容，一直到拼接字符串全部存入char数组后，调用toString()时才创建新的String对象并返回，这样就避免了重复创建，效率提高。

            StringBuffer则因为使用了syncrhoized对append()进行了加锁，所以导致性能稍微低于StringBuilder。

        2：不同情景下的选用

             拼接两个字符串字面量，用 + 操作符；

             单线程下拼接两个字符串变量，用StringBuilder；  

             多线程下拼接两个字符串变量，用StringBuffer；