❤️StringStringBuilderStringBuffer详解❤️（附原理测试case建议收藏）

Posted 2021-09-27 哪吒

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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❤️StringStringBuilderStringBuffer详解❤️（附原理测试case建议收藏）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、String类简介

String类位于java.lang包下，是Java语言的核心类，提供了字符串的比较、查找、截取、大小写转换等操作，可以使用“+”连接其他对象，String类的部分源码如下

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
 
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
    ...
}

从上面可以看出

String类被final关键字修饰，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；字符串一旦创建就不能再修改；
String类实现了Serializable、CharSequence、 Comparable接口；
tring实例的值是通过字符数组实现字符串存储的；

二、“+”连接符

1、“+”连接符的实现原理

字符串连接是通过 StringBuilder（或 StringBuffer）类及其append 方法实现的，对象转换为字符串是通过 toString 方法实现的，该方法由 Object 类定义，并可被 Java 中的所有类继承。

我们可以通过反编译验证一下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        String s = "哪吒";
        System.out.println(s + i);
    }
}
 
/**
 * 反编译后
 */
public class Test {
    public static void main(String args[]) { 
        ...
        byte byte0 = 10;      
        String s = "哪吒";      
        System.out.println((new StringBuilder()).append(s).append(byte0).toString());
    }
}

从上面的代码就可以看出“+”连接字符串的底层，实际上就是StringBuilder对象通过append，再调用toString完成的。

2、“+”连接符的效率

使用“+”连接符时，JVM会隐式的创建StringBuilder对象，这种方式在大部分情况下不会造成效率的损失，但是，在循环中进行字符串拼接时就不一样了。

因为会创建大量的StringBuilder对象在堆内存中，这肯定是不允许的，所以这时就建议在循环外创建一个StringBuilder对象，然后循环内调用append方法进行手动拼接。

还有一种特殊情况，如果“+”拼接的是字符串常量中的字符串时，编译器会进行优化，直接将两个字符串常量拼接好。

所以，“+”连接符对于直接相加的字符串常量效率很高，因为在编译期间便确定了它的值；但对于间接相加的情况效率就会变低，建议单线程时使用StringBuilder，多线程时使用StringBuffer替代。

三、String、StringBuilder和StringBuffer

1、主要区别

String是不可变字符序列，StringBuilder和StringBuffer是可变字符序列。
执行速度StringBuilder > StringBuffer > String。
StringBuilder是非线程安全的，StringBuffer是线程安全的。

2、效率测试

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringJoiner;

public class StringTest {

    private static void test01() {
        String str = "哪吒,";
        String ret = "";
        System.out.println("+字符串拼接开始...");
        long start = System.currentTimeMillis();
        // + 在循环中的效率太低，用10万条测试吧
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            ret += str;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("+号拼接10万条数据耗时："+(end-start)+"ms");//18288ms
        System.out.println("************");
    }

    private static void test02() {
        String str = "哪吒,";
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        System.out.println("StringBuilder,字符串拼接开始...");
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            builder.append(str);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("StringBuilder拼接1000万条数据耗时："+(end-start)+"ms");//168ms,173ms,239ms
        System.out.println("************");
    }

    private static void test03() {
        String str = "哪吒,";
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        System.out.println("StringBuffer,字符串拼接开始...");
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            buffer.append(str);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("StringBuffer拼接1000万条数据耗时："+(end-start)+"ms");//527ms,343ms,398ms
        System.out.println("************");
    }

    /**
     * StringJoiner的效率明显高于List + StringJoiner
     */
    private static void test04() {
        String str = "哪吒";
        StringJoiner join = new StringJoiner(",");
        System.out.println("StringJoiner,字符串拼接开始...");

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            join.add(str);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("StringJoiner拼接1000万条数据耗时："+(end-start)+"ms");//184ms,316ms,243ms
        System.out.println("************");
    }

    private static void test05() {
        String str = "哪吒";
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        System.out.println("List + StringJoiner,字符串拼接开始...");
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            list.add(str);
        }
        String ret = String.join(",", list);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("List + StringJoiner拼接1000万条数据耗时："+(end-start)+"ms");//563ms,477ms,585ms
        System.out.println("************");
    }

    public static void main(String[] args) {
        test02();

    }
}

3、控制台输出

总结：StringBuilder效率最高，+拼接效率最低。

4、源码分析

StringBuilder的源码

@Override
public StringBuilder append(char[] str) {
    super.append(str);
    return this;
}

StringBuilder继承AbstractStringBuilder类

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence
{
    ...
}

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;
}

append会直接拷贝字符到内部的字符数组中，如果字符数组长度不够，会进行扩展。

StringBuffer和StringBuilder的情况类似，只不过StringBuffer是线程安全的而已。

四、字符串常量池

1、百度百科

常量池在java用于保存在编译期已确定的，已编译的class文件中的一份数据。它包括了关于类，方法，接口等中的常量，也包括字符串常量，如String s = "java"这种申明方式；当然也可扩充，执行器产生的常量也会放入常量池，故认为常量池是JVM的一块特殊的内存空间。

2、字符串的对象分配

字符串的对象分配是需要消耗大量的时间和空间的，而且字符串使用的非常多，很多初级程序员，会将所有的变量都定义为String，不知你年轻的时候是不是这样，哈哈。

JVM为了提高性能和减少内存的开销，在实例化字符串的时候进行了一系列的优化，那就是字符串常量池。JVM会先检查字符串常量池，如果已经存在，就直接返回字符串常量池中的实例引用，如果不存在，就会实例化该字符串并将其放到字符串常量池中。由于String的不可变性，常量池中一定不存在两个相同的字符串。

3、内存区域

在HotSpot VM中字符串常量池是通过一个StringTable类实现的，它是一个Hash表，默认值大小长度是1009；这个StringTable在每个HotSpot VM的实例中只有一份，被所有的类共享；字符串常量由一个一个字符组成，放在了StringTable上。要注意的是，如果放进String Pool的String非常多，就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String.intern时性能会大幅下降。

4、举个例子一目了然

public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 新建一个引用s1指向堆中的对象s1,值为"CSDN哪吒"
        String s1=new String("CSDN")+new String("哪吒");
        // 2. 新建一个引用s2指向堆中的对象s2,值为"CSDN哪吒"
        String s2=new String("CS")+new String("DN哪吒");
        // 3. 执行s1.intern()会在字符串常量池中新建一个引用"CSDN哪吒"，该引用指向s1在堆中的地址，并新建一个引用s3指向字符串常量池中的"CSDN哪吒"
        String s3=s1.intern();
        // 4. 执行s2.intern()不会在字符串常量池中创建新的引用，因为"CSDN哪吒"已存在，因此只执行了新建一个引用s4指向字符串常量池中"CSDN哪吒"的操作
        String s4=s2.intern();
        // s3和s4指向的都是字符串常量池中的"CSDN哪吒"，而这个"CSDN哪吒"都指向堆中s1的地址
        System.out.println(s1==s3); // true
        System.out.println(s1==s4); // true
        // s3和s4最终关联堆中的地址是对象s1
        System.out.println(s2 == s3);// false
        System.out.println(s2 == s4);// false
    }
}

五、intern()方法

直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在字符串常量池中，如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法。intern 方法是一个native方法，intern方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，如果存在，就直接返回当前字符串；如果不存在就会将当前字符串放入常量池中，之后再返回。

JDK1.7的改动：