Java基础 -- 字符串类(StringStringBufferStringBuilder)自动装箱与拆箱

Posted 2022-03-09 CodeJiao

1. 预备知识

1. 所有不可变类都是线程安全的，线程安全的类不一定是不可变类，如StringBuffer是可变类，靠锁实现线程安全。
2. StringBuffer方法上都加了synchronized(同步锁)，StringBuilder没有，StringBuilder在多线程情况下是会出现问题，但是线程安全 线程非安全 指的是你业务环境需要线程安全考虑不考虑。多并发网络编程这块会考虑这些。

StringBuffer:

StringBuilder:

在Java语言中，线程是一种特殊的对象，它必须由Thread类或其子（孙）类来创建。

通常有两种方法来创建线程：

• 其一，使用型构为Thread(Runnable)的构造子将一个实现了Runnable接口的对象包装成一个线程。
• 其二，从Thread类派生出子类并重写run方法，使用该子类创建的对象即为线程。
• 值得注意的是Thread类已经实现了Runnable接口，因此，任何一个线程均有它的run方法，而run方法中包含了线程所要运行的代码。线程的活动由一组方法来控制。Java语言支持多个线程的同时执行，并提供多线程之间的同步机制（关键字为synchronized）。

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2. 字符串类(String、StringBuffer、StringBuilder)

首先需要说明的是：

• String 字符串常量
• StringBuffer 字符串变量（线程安全）
• StringBuilder 字符串变量（非线程安全）
• 在大多数情况下三者在执行速度方面的比较：StringBuilder > StringBuffer > String

解释：

• String 类型和 StringBuffer 类型的主要性能区别其实在于 String 是不可变的对象, 因此在每次对 String类型进行改变的时候其实都等同于生成了一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象，所以经常改变内容的字符串最好不要用 String ，因为每次生成对象都会对系统性能产生影响，特别当内存中无引用对象多了以后， JVM 的 GC 就会开始工作，那速度是一定会相当慢的。
• 而如果是使用 StringBuffer 类则结果就不一样了，每次结果都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象，再改变对象引用。所以在一般情况下我们推荐使用 StringBuffer ，特别是字符串对象经常改变的情况下。

为什么是大多数情况呢？

在某些特别情况下， String 对象的字符串拼接其实是被 JVM 解释成了 StringBuffer 对象的拼接，所以这些时候 String 对象的速度并不会比 StringBuffer 对象慢，而特别是以下的字符串对象生成中，String 效率是远要比 StringBuffer 快的：

    public static void main(String[] args) 
        String S1 = "This is only a" + "simple" + "test";
        StringBuilder Sb = new StringBuilder("This is only a").append("simple").append(" test");
    

• 你会很惊讶的发现，生成 String S1 对象的速度简直太快了，而这个时候 StringBuffer 居然速度上根本一点都不占优势。其实这是 JVM 的一个把戏，在 JVM 眼里，这个:
  String S1 = “This is only a” + “ simple” + “test”;
  其实就是：String S1 = “This is only a simple test”;
• 所以当然不需要太多的时间了。但大家这里要注意的是，如果你的字符串是来自另外的 String 对象的话，速度就没那么快了，譬如
  String S2 = “This is only a”;
  String S3 = “ simple”;
  String S4 = “ test”;
  String S1 = S2 + S3 + S4;

大部分情况下StringBuilder的速度要大于StringBuffer：

 java.lang.StringBuilder一个可变的字符序列是5.0新增的。（大多数情况下就是我们是在
 单线程下进行的操作，所以大多数情况下是建议用StringBuilder而不用StringBuffer的）
 此类提供一个与 StringBuffer兼容的 API，但不保证同步。该类被设计用作 StringBuffer 
 的一个简易替换，用在字符串缓冲区被单个线程使用的时候（这种情况很普遍）。如果
 可能，建议优先采用该类，因为在大多数实现中，它比StringBuffer 要快。两者的方法基本相同。

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2.1 可变性

• 简单的来说：String 类中使用 final 关键字修饰字符数组来保存字符串，private　final　char　value[]，所以 String 对象是不可变的。而StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类。
• 在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串 char[]value 但是没有用 final 关键字修饰，所以这两种对象都是可变的。
• StringBuilder 与 StringBuffer 的构造方法都是调用父类构造方法也就是 AbstractStringBuilder 实现的。

AbstractStringBuilder.java

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence 
    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;

    /**
     * The count is the number of characters used.
     */
    int count;

    /**
     * This no-arg constructor is necessary for serialization of subclasses.
     */
    AbstractStringBuilder() 
    
    ......
 

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2.2 线程安全性

String 中的对象是不可变的，也就可以理解为常量，线程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类，定义了一些字符串的基本操作，如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。StringBuffer 对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁，所以是线程安全的。StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁，所以是非线程安全的。

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2.3 性能

每次对 String 类型进行改变的时候，都会生成一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升，但却要冒多线程不安全的风险。

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2.4 对于三者使用的建议

1. 操作少量的数据: 适用String
2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用StringBuilder
3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用StringBuffer

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2.5 面试题的回答

StringBuilder 与StringBuffer的区别，StringBuilder与String的区别。

• 1）StringBuilder效率高，线程不安全，StringBuffer效率低，线程安全。
• 2）String是不可变字符串，StringBuilder是可变字符串。为什么有这样的差异，可以深入源码去解析，比如String类内的 priver final char value[] 等方法的原因。
• 3）如果是简单的声明一个字符串没有后续过多的操作，使用String，StringBuilder均可，若后续对字符穿做频繁的添加，删除操作，或者是在循环当中动态的改变字符穿的长度应该用StringBuilder。使用String会产生多余的字符串，占用内存空间。

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3. 自动装箱与拆箱

• 装箱：将基本类型用它们对应的引用类型包装起来；
• 拆箱：将包装类型转换为基本数据类型；

因为Java语言中上面2个动作是自动进行的，所以称为自动装箱与拆箱。

示例代码：

public class Test 
    public static void main(String[] args) 
        int num = 38;
        // 自动拆箱 int类型 转变为 包装类Integer类型
        Integer numInteger = num;
        System.out.println("numInteger is : " + numInteger);
        // 自动装箱 包装类Integer类型 转变为 int类型
        int numInt = numInteger;
        System.out.println("numInt is : " + numInt);
    

运行结果：

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