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java中String類、StringBuilder類和StringBuffer類詳解

探秘Java中String、StringBuilder以及StringBuffer

　　相信String這個類是Java中使用得最頻繁的類之一，并且又是各大公司面試喜歡問到的地方，今天就來和大家一起學(xué)習(xí)一下String、StringBuilder和StringBuffer這幾個類，分析它們的異同點以及了解各個類適用的場景。下面是本文的目錄大綱：

　　一.你了解String類嗎？

　　二.深入理解String、StringBuffer、StringBuilder

　　三.不同場景下三個類的性能測試

　　四.常見的關(guān)于String、StringBuffer的面試題（辟謠網(wǎng)上流傳的一些曲解String類的說法）

　　若有不正之處，請多多諒解和指正，不勝感激。

　　請尊重作者勞動成果，轉(zhuǎn)載請標(biāo)明轉(zhuǎn)載地址：

 　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3778589.html

一.你了解String類嗎？

　　想要了解一個類，最好的辦法就是看這個類的實現(xiàn)源代碼，String類的實現(xiàn)在

　　\jdk1.6.0_14\src\java\lang\String.java   文件中。

　　打開這個類文件就會發(fā)現(xiàn)String類是被final修飾的：

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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;
    ......
}

　　從上面可以看出幾點：

　　1）String類是final類，也即意味著String類不能被繼承，并且它的成員方法都默認(rèn)為final方法。在Java中，被final修飾的類是不允許被繼承的，并且該類中的成員方法都默認(rèn)為final方法。在早期的JVM實現(xiàn)版本中，被final修飾的方法會被轉(zhuǎn)為內(nèi)嵌調(diào)用以提升執(zhí)行效率。而從Java SE5/6開始，就漸漸擯棄這種方式了。因此在現(xiàn)在的Java SE版本中，不需要考慮用final去提升方法調(diào)用效率。只有在確定不想讓該方法被覆蓋時，才將方法設(shè)置為final。

　　2）上面列舉出了String類中所有的成員屬性，從上面可以看出String類其實是通過char數(shù)組來保存字符串的。

　　下面再繼續(xù)看String類的一些方法實現(xiàn)：

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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;

　　從上面的三個方法可以看出，無論是sub操、concat還是replace操作都不是在原有的字符串上進行的，而是重新生成了一個新的字符串對象。也就是說進行這些操作后，最原始的字符串并沒有被改變。

　　在這里要永遠記住一點：

　　“對String對象的任何改變都不影響到原對象，相關(guān)的任何change操作都會生成新的對象”。

　　在了解了于String類基礎(chǔ)的知識后，下面來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")的區(qū)別

　　想必大家對上面2個語句都不陌生，在平時寫代碼的過程中也經(jīng)常遇到，那么它們到底有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？下面先看幾個例子：

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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);
    }
}

　　這段代碼的輸出結(jié)果為

　　

　　為什么會出現(xiàn)這樣的結(jié)果？下面解釋一下原因：

　　在前面一篇講解關(guān)于JVM內(nèi)存機制的一篇博文中提到 ，在class文件中有一部分 來存儲編譯期間生成的 字面常量以及符號引用，這部分叫做class文件常量池，在運行期間對應(yīng)著方法區(qū)的運行時常量池。

　　因此在上述代碼中，String str1 = "hello world";和String str3 = "hello world"; 都在編譯期間生成了 字面常量和符號引用，運行期間字面常量"hello world"被存儲在運行時常量池（當(dāng)然只保存了一份）。通過這種方式來將String對象跟引用綁定的話，JVM執(zhí)行引擎會先在運行時常量池查找是否存在相同的字面常量，如果存在，則直接將引用指向已經(jīng)存在的字面常量；否則在運行時常量池開辟一個空間來存儲該字面常量，并將引用指向該字面常量。

　　總所周知，通過new關(guān)鍵字來生成對象是在堆區(qū)進行的，而在堆區(qū)進行對象生成的過程是不會去檢測該對象是否已經(jīng)存在的。因此通過new來創(chuàng)建對象，創(chuàng)建出的一定是不同的對象，即使字符串的內(nèi)容是相同的。

2.String、StringBuffer以及StringBuilder的區(qū)別

　　既然在Java中已經(jīng)存在了String類，那為什么還需要StringBuilder和StringBuffer類呢？

　　那么看下面這段代碼：

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public class Main {
         
    public static void main(String[] args) {
        String string = "";
        for(int i=0;i<10000;i++){
            string += "hello";
        }
    }
}

　　這句 string += "hello";的過程相當(dāng)于將原有的string變量指向的對象內(nèi)容取出與"hello"作字符串相加操作再存進另一個新的String對象當(dāng)中，再讓string變量指向新生成的對象。如果大家還有疑問可以反編譯其字節(jié)碼文件便清楚了：

　　

　　從這段反編譯出的字節(jié)碼文件可以很清楚地看出：從第8行開始到第35行是整個循環(huán)的執(zhí)行過程，并且每次循環(huán)會new出一個StringBuilder對象，然后進行append操作，最后通過toString方法返回String對象。也就是說這個循環(huán)執(zhí)行完畢new出了10000個對象，試想一下，如果這些對象沒有被回收，會造成多大的內(nèi)存資源浪費。從上面還可以看出：string+="hello"的操作事實上會自動被JVM優(yōu)化成：

　　StringBuilder str = new StringBuilder(string);

　　str.append("hello");

　　str.toString();

　　再看下面這段代碼：

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public class Main {
         
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        for(int i=0;i<10000;i++){
            stringBuilder.append("hello");
        }
    }
}

　　反編譯字節(jié)碼文件得到：

　　

　　從這里可以明顯看出，這段代碼的for循環(huán)式從13行開始到27行結(jié)束，并且new操作只進行了一次，也就是說只生成了一個對象，append操作是在原有對象的基礎(chǔ)上進行的。因此在循環(huán)了10000次之后，這段代碼所占的資源要比上面小得多。

　　那么有人會問既然有了StringBuilder類，為什么還需要StringBuffer類？查看源代碼便一目了然，事實上，StringBuilder和StringBuffer類擁有的成員屬性以及成員方法基本相同，區(qū)別是StringBuffer類的成員方法前面多了一個關(guān)鍵字：synchronized，不用多說，這個關(guān)鍵字是在多線程訪問時起到安全保護作用的,也就是說StringBuffer是線程安全的。

　　下面摘了2段代碼分別來自StringBuffer和StringBuilder，insert方法的具體實現(xiàn)：

　　StringBuilder的insert方法

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public StringBuilder insert(int index, char str[], int offset,
                              int len)
  {
      super.insert(index, str, offset, len);
  return this;
  }

　　StringBuffer的insert方法：

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public synchronized StringBuffer insert(int index, char str[], int offset,
                                            int len)
    {
        super.insert(index, str, offset, len);
        return this;
    }

三.不同場景下三個類的性能測試

　　從第二節(jié)我們已經(jīng)看出了三個類的區(qū)別，這一小節(jié)我們來做個小測試，來測試一下三個類的性能區(qū)別：

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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()+"類型使用的時間為："+(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()+"類型使用的時間為："+(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()+"類型使用的時間為："+(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("字符串間接相加操作："+(over-begin)+"毫秒");
    }
     
}

　　測試結(jié)果（win7，Eclipse，JDK6)：

　　

　　上面提到string+="hello"的操作事實上會自動被JVM優(yōu)化，看下面這段代碼：

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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()+"類型使用的時間為："+(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("模擬JVM優(yōu)化操作的時間為："+(over-begin)+"毫秒");
    }
     
}
    

　　執(zhí)行結(jié)果：

　　

　　得到驗證。

　　下面對上面的執(zhí)行結(jié)果進行一般性的解釋：

　　1）對于直接相加字符串，效率很高，因為在編譯器便確定了它的值，也就是說形如"I"+"love"+"java"; 的字符串相加，在編譯期間便被優(yōu)化成了"Ilovejava"。這個可以用javap -c命令反編譯生成的class文件進行驗證。

　　對于間接相加（即包含字符串引用），形如s1+s2+s3; 效率要比直接相加低，因為在編譯器不會對引用變量進行優(yōu)化。

　　2）String、StringBuilder、StringBuffer三者的執(zhí)行效率：

　　StringBuilder > StringBuffer > String

　　當(dāng)然這個是相對的，不一定在所有情況下都是這樣。

　　比如String str = "hello"+ "world"的效率就比 StringBuilder st  = new StringBuilder().append("hello").append("world")要高。

　　因此，這三個類是各有利弊，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的情況來進行選擇使用：

　　當(dāng)字符串相加操作或者改動較少的情況下，建議使用 String str="hello"這種形式；

　　當(dāng)字符串相加操作較多的情況下，建議使用StringBuilder，如果采用了多線程，則使用StringBuffer。

 

四.常見的關(guān)于String、StringBuffer的面試題

　　下面是一些常見的關(guān)于String、StringBuffer的一些面試筆試題，若有不正之處，請諒解和批評指正。

1. 下面這段代碼的輸出結(jié)果是什么？

　　String a = "hello2"; 　　String b = "hello" + 2; 　　System.out.println((a == b));

　　輸出結(jié)果為：true。原因很簡單，"hello"+2在編譯期間就已經(jīng)被優(yōu)化成"hello2"，因此在運行期間，變量a和變量b指向的是同一個對象。

2.下面這段代碼的輸出結(jié)果是什么？

　　String a = "hello2"; 　  String b = "hello";       String c = b + 2;       System.out.println((a == c));

　　輸出結(jié)果為:false。由于有符號引用的存在，所以  String c = b + 2;不會在編譯期間被優(yōu)化，不會把b+2當(dāng)做字面常量來處理的，因此這種方式生成的對象事實上是保存在堆上的。因此a和c指向的并不是同一個對象。javap -c得到的內(nèi)容：

　　

3.下面這段代碼的輸出結(jié)果是什么？

　　String a = "hello2";   　 final String b = "hello";       String c = b + 2;       System.out.println((a == c));

　　輸出結(jié)果為：true。對于被final修飾的變量，會在class文件常量池中保存一個副本，也就是說不會通過連接而進行訪問，對final變量的訪問在編譯期間都會直接被替代為真實的值。那么String c = b + 2;在編譯期間就會被優(yōu)化成：String c = "hello" + 2; 下圖是javap -c的內(nèi)容：

　　

4.下面這段代碼輸出結(jié)果為：

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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";
    }
}

　　輸出結(jié)果為false。這里面雖然將b用final修飾了，但是由于其賦值是通過方法調(diào)用返回的，那么它的值只能在運行期間確定，因此a和c指向的不是同一個對象。

5.下面這段代碼的輸出結(jié)果是什么？

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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);
    }
}

　　輸出結(jié)果為（JDK版本 JDK6)：

　　

　　這里面涉及到的是String.intern方法的使用。在String類中，intern方法是一個本地方法，在JAVA SE6之前，intern方法會在運行時常量池中查找是否存在內(nèi)容相同的字符串，如果存在則返回指向該字符串的引用，如果不存在，則會將該字符串入池，并返回一個指向該字符串的引用。因此，a和d指向的是同一個對象。

6.String str = new String("abc")創(chuàng)建了多少個對象？

　　這個問題在很多書籍上都有說到比如《Java程序員面試寶典》，包括很多國內(nèi)大公司筆試面試題都會遇到，大部分網(wǎng)上流傳的以及一些面試書籍上都說是2個對象，這種說法是片面的。

　　如果有不懂得地方可以參考這篇帖子：

　　http://rednaxelafx.iteye.com/blog/774673/

　　首先必須弄清楚創(chuàng)建對象的含義，創(chuàng)建是什么時候創(chuàng)建的？這段代碼在運行期間會創(chuàng)建2個對象么？毫無疑問不可能，用javap -c反編譯即可得到JVM執(zhí)行的字節(jié)碼內(nèi)容：

　　

　　很顯然，new只調(diào)用了一次，也就是說只創(chuàng)建了一個對象。

　　而這道題目讓人混淆的地方就是這里，這段代碼在運行期間確實只創(chuàng)建了一個對象，即在堆上創(chuàng)建了"abc"對象。而為什么大家都在說是2個對象呢，這里面要澄清一個概念  該段代碼執(zhí)行過程和類的加載過程是有區(qū)別的。在類加載的過程中，確實在運行時常量池中創(chuàng)建了一個"abc"對象，而在代碼執(zhí)行過程中確實只創(chuàng)建了一個String對象。

　　因此，這個問題如果換成 String str = new String("abc")涉及到幾個String對象？合理的解釋是2個。

　　個人覺得在面試的時候如果遇到這個問題，可以向面試官詢問清楚”是這段代碼執(zhí)行過程中創(chuàng)建了多少個對象還是涉及到多少個對象“再根據(jù)具體的來進行回答。

7.下面這段代碼1）和2）的區(qū)別是什么？

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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"在編譯期間會被優(yōu)化成"lovejava"，而2）中的不會被優(yōu)化。下面是兩種方式的字節(jié)碼：

　　1）的字節(jié)碼：

　　

　　2）的字節(jié)碼：

　　

　　可以看出，在1）中只進行了一次append操作，而在2）中進行了兩次append操作。

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