探秘Java中的StringStringBuilder以及StringBuffer
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了探秘Java中的StringStringBuilder以及StringBuffer相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
相信String这个类是Java中使用得最频繁的类之一，并且又是各大公司面试喜欢问到的地方，今天就来和大家一起学习一下String、StringBuilder和StringBuffer这几个类，分析它们的异同点以及了解各个类适用的场景。下面是本文的目录大纲：
一.你了解String类吗？
二.深入理解String、StringBuffer、StringBuilder
三.不同场景下三个类的性能测试
四.常见的关于String、StringBuffer的面试题（辟谣网上流传的一些曲解String类的说法）
若有不正之处，请多多谅解和指正，不胜感激。
一.你了解String类吗？
想要了解一个类，最好的办法就是看这个类的实现源代码，String类的实现在
\\jdk1.6.0_14\\src\\java\\lang\\String.java 文件中。
打开这个类文件就会发现String类是被final修饰的：
`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;`
`......`
`}`
从上面可以看出几点：
1）String类是final类，也即意味着String类不能被继承，并且它的成员方法都默认为final方法。在Java中，被final修饰的类是不允许被继承的，并且该类中的成员方法都默认为final方法。在早期的JVM实现版本中，被final修饰的方法会被转为内嵌调用以提升执行效率。而从Java SE5/6开始，就渐渐摈弃这种方式了。因此在现在的Java SE版本中，不需要考虑用final去提升方法调用效率。只有在确定不想让该方法被覆盖时，才将方法设置为final。
2）上面列举出了String类中所有的成员属性，从上面可以看出String类其实是通过char数组来保存字符串的。
下面再继续看String类的一些方法实现：
`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``;`
从上面的三个方法可以看出，无论是sub操、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的，而是重新生成了一个新的字符串对象。也就是说进行这些操作后，最原始的字符串并没有被改变。
在这里要永远记住一点：
“对String对象的任何改变都不影响到原对象，相关的任何change操作都会生成新的对象”。
在了解了于String类基础的知识后，下面来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”)的区别
想必大家对上面2个语句都不陌生，在平时写代码的过程中也经常遇到，那么它们到底有什么区别和联系呢？下面先看几个例子：
`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);`
`}`
`}`
这段代码的输出结果为
为什么会出现这样的结果？下面解释一下原因：
在前面一篇讲解关于JVM内存机制的一篇博文中提到 ，在class文件中有一部分 来存储编译期间生成的 字面常量以及符号引用，这部分叫做class文件常量池，在运行期间对应着方法区的运行时常量池。
因此在上述代码中，String str1 = “hello world”;和String str3 = “hello world”; 都在编译期间生成了 字面常量和符号引用，运行期间字面常量"hello world"被存储在运行时常量池（当然只保存了一份）。通过这种方式来将String对象跟引用绑定的话，JVM执行引擎会先在运行时常量池查找是否存在相同的字面常量，如果存在，则直接将引用指向已经存在的字面常量；否则在运行时常量池开辟一个空间来存储该字面常量，并将引用指向该字面常量。
总所周知，通过new关键字来生成对象是在堆区进行的，而在堆区进行对象生成的过程是不会去检测该对象是否已经存在的。因此通过new来创建对象，创建出的一定是不同的对象，即使字符串的内容是相同的。
2.String、StringBuffer以及StringBuilder的区别
既然在Java中已经存在了String类，那为什么还需要StringBuilder和StringBuffer类呢？
那么看下面这段代码：
`public` `class` `Main {`
`public` `static` `void` `main(String[] args) {`
`String string = ``""``;`
`for``(``int` `i=``0``;i<``10000``;i++){`
`string += ``"hello"``;`
`}`
`}`
`}`
这句 string += “hello”;的过程相当于将原有的string变量指向的对象内容取出与"hello"作字符串相加操作再存进另一个新的String对象当中，再让string变量指向新生成的对象。如果大家还有疑问可以反编译其字节码文件便清楚了：
从这段反编译出的字节码文件可以很清楚地看出：从第8行开始到第35行是整个循环的执行过程，并且每次循环会new出一个StringBuilder对象，然后进行append操作，最后通过toString方法返回String对象。也就是说这个循环执行完毕new出了10000个对象，试想一下，如果这些对象没有被回收，会造成多大的内存资源浪费。从上面还可以看出：string+="hello"的操作事实上会自动被JVM优化成：
StringBuilder str = new StringBuilder(string);
str.append(“hello”);
str.toString();
再看下面这段代码：
`public` `class` `Main {`
`public` `static` `void` `main(String[] args) {`
`StringBuilder stringBuilder = ``new` `StringBuilder();`
`for``(``int` `i=``0``;i<``10000``;i++){`
`stringBuilder.append(``"hello"``);`
`}`
`}`
`}`
反编译字节码文件得到：
从这里可以明显看出，这段代码的for循环式从13行开始到27行结束，并且new操作只进行了一次，也就是说只生成了一个对象，append操作是在原有对象的基础上进行的。因此在循环了10000次之后，这段代码所占的资源要比上面小得多。
那么有人会问既然有了StringBuilder类，为什么还需要StringBuffer类？查看源代码便一目了然，事实上，StringBuilder和StringBuffer类拥有的成员属性以及成员方法基本相同，区别是StringBuffer类的成员方法前面多了一个关键字：synchronized，不用多说，这个关键字是在多线程访问时起到安全保护作用的,也就是说StringBuffer是线程安全的。
下面摘了2段代码分别来自StringBuffer和StringBuilder，insert方法的具体实现：
StringBuilder的insert方法
`public` `StringBuilder insert(``int` `index, ``char` `str[], ``int` `offset,`
`int` `len)`
`{`
`super``.insert(index, str, offset, len);`
`return` `this``;`
`}`
StringBuffer的insert方法：
`public` `synchronized` `StringBuffer insert(``int` `index, ``char` `str[], ``int` `offset,`
`int` `len)`
`{`
`super``.insert(index, str, offset, len);`
`return` `this``;`
`}`
三.不同场景下三个类的性能测试
从第二节我们已经看出了三个类的区别，这一小节我们来做个小测试，来测试一下三个类的性能区别：
`public` `class` `Main {`
`private` `static` `int` `time = ``50000``;`
`public` `static` `void` `main(String[] args) {`
`testString();`
`testStringBuffer();`
`testStringBuilder();`
`test1String();`
`test2String();`
`}`
`public` `static` `void` `testString () {`
`String s=``""``;`
`long` `begin = System.currentTimeMillis();`
`for``(``int` `i=``0``; i<time; i++){`
`s += ``"java"``;`
`}`
`long` `over = System.currentTimeMillis();`
`System.out.println(``"操作"``+s.getClass().getName()+``"类型使用的时间为："``+(over-begin)+``"毫秒"``);`
`}`
`public` `static` `void` `testStringBuffer () {`
`StringBuffer sb = ``new` `StringBuffer();`
`long` `begin = System.currentTimeMillis();`
`for``(``int` `i=``0``; i<time; i++){`
`sb.append(``"java"``);`
`}`
`long` `over = System.currentTimeMillis();`
`System.out.println(``"操作"``+sb.getClass().getName()+``"类型使用的时间为："``+(over-begin)+``"毫秒"``);`
`}`
`public` `static` `void` `testStringBuilder () {`
`StringBuilder sb = ``new` `StringBuilder();`
`long` `begin = System.currentTimeMillis();`
`for``(``int` `i=``0``; i<time; i++){`
`sb.append(``"java"``);`
`}`
`long` `over = System.currentTimeMillis();`
`System.out.println(``"操作"``+sb.getClass().getName()+``"类型使用的时间为："``+(over-begin)+``"毫秒"``);`
`}`
`public` `static` `void` `test1String () {`
`long` `begin = System.currentTimeMillis();`
`for``(``int` `i=``0``; i<time; i++){`
`String s = ``"I"``+``"love"``+``"java"``;`
`}`
`long` `over = System.currentTimeMillis();`
`System.out.println(``"字符串直接相加操作："``+(over-begin)+``"毫秒"``);`
`}`
`public` `static` `void` `test2String () {`
`String s1 =``"I"``;`
`String s2 = ``"love"``;`
`String s3 = ``"java"``;`
`long` `begin = System.currentTimeMillis();`
`for``(``int` `i=``0``; i<time; i++){`
`String s = s1+s2+s3;`
`}`
`long` `over = System.currentTimeMillis();`
`System.out.println(``"字符串间接相加操作："``+(over-begin)+``"毫秒"``);`
`}`
`}`
测试结果（win7，Eclipse，JDK6)：
上面提到string+="hello"的操作事实上会自动被JVM优化，看下面这段代码：
`public` `class` `Main {`
`private` `static` `int` `time = ``50000``;`
`public` `static` `void` `main(String[] args) {`
`testString();`
`testOptimalString();`
`}`
`public` `static` `void` `testString () {`
`String s=``""``;`
`long` `begin = System.currentTimeMillis();`
`for``(``int` `i=``0``; i<time; i++){`
`s += ``"java"``;`
`}`
`long` `over = System.currentTimeMillis();`
`System.out.println(``"操作"``+s.getClass().getName()+``"类型使用的时间为："``+(over-begin)+``"毫秒"``);`
`}`
`public` `static` `void` `testOptimalString () {`
`String s=``""``;`
`long` `begin = System.currentTimeMillis();`
`for``(``int` `i=``0``; i<time; i++){`
`StringBuilder sb = ``new` `StringBuilder(s);`
`sb.append(``"java"``);`
`s=sb.toString();`
`}`
`long` `over = System.currentTimeMillis();`
`System.out.println(``"模拟JVM优化操作的时间为："``+(over-begin)+``"毫秒"``);`
`}`
`}`
执行结果：
得到验证。
下面对上面的执行结果进行一般性的解释：
1）对于直接相加字符串，效率很高，因为在编译器便确定了它的值，也就是说形如"I"+“love”+“java”; 的字符串相加，在编译期间便被优化成了"Ilovejava"。这个可以用javap -c命令反编译生成的class文件进行验证。
对于间接相加（即包含字符串引用），形如s1+s2+s3; 效率要比直接相加低，因为在编译器不会对引用变量进行优化。
2）String、StringBuilder、StringBuffer三者的执行效率：
StringBuilder > StringBuffer > String
当然这个是相对的，不一定在所有情况下都是这样。
比如String str = “hello”+ "world"的效率就比 StringBuilder st = new StringBuilder().append(“hello”).append(“world”)要高。
因此，这三个类是各有利弊，应当根据不同的情况来进行选择使用：
当字符串相加操作或者改动较少的情况下，建议使用 String str="hello"这种形式；
当字符串相加操作较多的情况下，建议使用StringBuilder，如果采用了多线程，则使用StringBuffer。
四.常见的关于String、StringBuffer的面试题
下面是一些常见的关于String、StringBuffer的一些面试笔试题，若有不正之处，请谅解和批评指正。
1. 下面这段代码的输出结果是什么？
String a = “hello2”; String b = “hello” + 2; System.out.println((a == b));
输出结果为：true。原因很简单，“hello”+2在编译期间就已经被优化成"hello2"，因此在运行期间，变量a和变量b指向的是同一个对象。
2.下面这段代码的输出结果是什么？
String a = “hello2”; String b = “hello”; String c = b + 2; System.out.println((a == c));
输出结果为:false。由于有符号引用的存在，所以 String c = b + 2;不会在编译期间被优化，不会把b+2当做字面常量来处理的，因此这种方式生成的对象事实上是保存在堆上的。因此a和c指向的并不是同一个对象。javap -c得到的内容：
3.下面这段代码的输出结果是什么？
String a = “hello2”; final String b = “hello”; String c = b + 2; System.out.println((a == c));
输出结果为：true。对于被final修饰的变量，会在class文件常量池中保存一个副本，也就是说不会通过连接而进行访问，对final变量的访问在编译期间都会直接被替代为真实的值。那么String c = b + 2;在编译期间就会被优化成：String c = “hello” + 2; 下图是javap -c的内容：
4.下面这段代码输出结果为：
`public` `class` `Main {`
`public` `static` `void` `main(String[] args) {`
`String a = ``"hello2"``;`
`final` `String b = getHello();`
`String c = b + ``2``;`
`System.out.println((a == c));`
`}`
`public` `static` `String getHello() {`
`return` `"hello"``;`
`}`
`}`
输出结果为false。这里面虽然将b用final修饰了，但是由于其赋值是通过方法调用返回的，那么它的值只能在运行期间确定，因此a和c指向的不是同一个对象。
5.下面这段代码的输出结果是什么？
`public` `class` `Main {`
`public` `static` `void` `main(String[] args) {`
`String a = ``"hello"``;`
`String b = ``new` `String(``"hello"``);`
`String c = ``new` `String(``"hello"``);`
`String d = b.intern();`
`System.out.println(a==b);`
`System.out.println(b==c);`
`System.out.println(b==d);`
`System.out.println(a==d);`
`}`
`}`
输出结果为（JDK版本 JDK6)：
这里面涉及到的是String.intern方法的使用。在String类中，intern方法是一个本地方法，在JAVA SE6之前，intern方法会在运行时常量池中查找是否存在内容相同的字符串，如果存在则返回指向该字符串的引用，如果不存在，则会将该字符串入池，并返回一个指向该字符串的引用。因此，a和d指向的是同一个对象。
6.String str = new String(“abc”)创建了多少个对象？
这个问题在很多书籍上都有说到比如《Java程序员面试宝典》，包括很多国内大公司笔试面试题都会遇到，大部分网上流传的以及一些面试书籍上都说是2个对象，这种说法是片面的。
首先必须弄清楚创建对象的含义，创建是什么时候创建的？这段代码在运行期间会创建2个对象么？毫无疑问不可能，用javap -c反编译即可得到JVM执行的字节码内容：
很显然，new只调用了一次，也就是说只创建了一个对象。
而这道题目让人混淆的地方就是这里，这段代码在运行期间确实只创建了一个对象，即在堆上创建了"abc"对象。而为什么大家都在说是2个对象呢，这里面要澄清一个概念 该段代码执行过程和类的加载过程是有区别的。在类加载的过程中，确实在运行时常量池中创建了一个"abc"对象，而在代码执行过程中确实只创建了一个String对象。
因此，这个问题如果换成 String str = new String(“abc”)涉及到几个String对象？合理的解释是2个。
个人觉得在面试的时候如果遇到这个问题，可以向面试官询问清楚”是这段代码执行过程中创建了多少个对象还是涉及到多少个对象“再根据具体的来进行回答。
7.下面这段代码1）和2）的区别是什么？
`public` `class` `Main {`
`public` `static` `void` `main(String[] args) {`
`String str1 = ``"I"``;`
`//str1 += "love"+"java"; 1)`
`str1 = str1+``"love"``+``"java"``; ``//2)`
`}`
`}`
1）的效率比2）的效率要高，1）中的"love"+“java"在编译期间会被优化成"lovejava”，而2）中的不会被优化。下面是两种方式的字节码：
1）的字节码：
2）的字节码：
可以看出，在1）中只进行了一次append操作，而在2）中进行了两次append操作。
以上是关于探秘Java中的StringStringBuilder以及StringBuffer的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
探秘Java中的StringStringBuilder以及StringBuffer（转载）
6-探秘Java中的StringStringBuilder以及StringBuffer