关于 String，StringBuilder，StringBuffer

Posted 2020-10-31 rabbitblog

关于 String，StringBuilder，StringBuffer 的讨论，已有很多文章；在这里，我希望能刨根问底，更进一步的理解其中的原理。

• String

　　　String 是final类型，不可继承的类；内部存储是字符数组（char[]），也是final ，不可更改；

/** 源码中 String 类的声明 */
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

 

　　我们知道 final 修饰变量，只能被赋值一次，赋值成功后，不可再重新赋值。这意味怎么什么呢？先看一下下面的例子：

public static void main(String[] args) {
        String a = "sdfsdklfjdskl1245";
        String b = "1234567489123";
        String c = a + b;
        System.out.println(c);
    }

　　这里声明三个字符常量，在初始化时，a  和 b 是字符数组常量，而 c 则是两个常量字符的连接；下面是反编译后的信息：

根据描述信息，c 变量是两个字符串连接的副本。（小弟知识范围有限，若上述代码解读有误，还请指正，不胜感激）

　　如果字符串直接拼接，又是怎样呢？

　　

public static void main(String[] args) {
        String a = "this is a" + " simple " + "test";
        System.out.println(a);
    }

　　看看编译后的代码解析：

　　

　　编译过程做了优化，这里只产生了一个变量。

　　所以 String 字符串的拼接，关键在于字符串连接底层实现方式；字符串的实现是不可变字符数组，那拼接又是对字符数组怎样的操作呢？是数组拷贝？还是其他方式，有待考究... ...

　　字符串拼接性能低效又是怎么回事呢？请看下面例子：

    @Test
    public void testString1() {
        String a = "123456";
        for (int i=0; i<10; i++) {
            a += "dfdsfdsfds";
        }
        System.out.println(a);
    }

 

　　上面代码中，我们初始化了常量 a，并且在循环里面做了多次字符串的拼接，最终 a 的指针地址指向了字符串拼接后的结果。这里存在以下问题：

　　　　1、字符拼接过程产生了一定的字符数组；且是不可修改的。

　　　　2、每次改变字符串的值，就要重新生成一个String对象，让后将指针指向新的对象。

　　　　3、多余的对象一定程度上增加了GC的工作量。

　　综上，String 字符串拼接存在一定的性能消耗，但还不足以说性能低效；有比较才有优劣，再看看 StringBuilder 和 StringBuffer 内部又是怎么玩的。

• StringBuilder

　　StringBuilder 内部存储是字符数组，是可修改的；查看父类：

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;

　　添加字符串的方法是append，看看具体实现：

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;
    }

　

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0) {
            value = Arrays.copyOf(value,
                    newCapacity(minimumCapacity));
        }
    }

 

public static char[] copyOf(char[] original, int newLength) {
        char[] copy = new char[newLength];
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

　　以上所有源码都是jdk 9，这里对字符数组做了拷贝，底层的数组拷贝实现方法：

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

　　可以看到，底层调用 System.arraycopy 方法，而 arraycopy 方法是调用底层 C 语言实现的。

　　通过上面的源码，得出一些结论：

　　　　1、StringBuilder 在字符串拼接过程中，是对字符数组的修改；

　　　　2、append 方法对数组做了动态扩容；

　　　　3、最终实现调用 C 语言的方法；

　　与 String 相比，由于 StringBuilder 是对数组的动态扩容，减少了中间对象的生成，在一定程度上性能较优。

• StringBuffer

　　StringBuffer 与 StringBuilder 都继承了 AbstractStringBuilder；

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

    /**
     * A cache of the last value returned by toString. Cleared
     * whenever the StringBuffer is modified.
     */
    private transient char[] toStringCache;

 

@Override
    public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }

　　不同的是 StringBuffer 添加了同步锁，是线程安全的；

小结：

　　在字符串拼接上，不考虑线程安全的情况下 StringBuilder 由于 StringBuffer，StringBuffer 优于 String；StringBuffer 是线程安全的。