探祕Java中的String、StringBuilder以及StringBuffer

探祕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，並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習一下String、StringBuilder和StringBuffer這幾個類，分析它們的異同點以及瞭解各個類適用的場景。下面是本文的目錄大綱：

　　一.你瞭解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.常見的關於String、StringBuffer的面試題（闢謠網上流傳的一些曲解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，轉載請標明轉載地址：

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

一.你瞭解String類嗎？

　　想要了解一個類，最好的辦法就是看這個類的實現源代碼，String類的實現在

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

　　打開這個類文件就會發現String類是被final修飾的：

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;

......

}

　　從上面可以看出幾點：

　　1）String類是final類，也即意味着String類不能被繼承，並且它的成員方法都默認爲final方法。在Java中，被final修飾的類是不允許被繼承的，並且該類中的成員方法都默認爲final方法。在早期的JVM實現版本中，被final修飾的方法會被轉爲內嵌調用以提升執行效率。而從Java SE5/6開始，就漸漸擯棄這種方式了。因此在現在的Java SE版本中，不需要考慮用final去提升方法調用效率。只有在確定不想讓該方法被覆蓋時，纔將方法設置爲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數組來保存字符串的。

　　下面再繼續看String類的一些方法實現：

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後，最原始的字符串並沒有被改變。

　　在這裏要永遠記住一點：

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

　　在瞭解了於String類基礎的知識後，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常遇到，那麼它們到底有什麼區別和聯繫呢？下面先看幾個例子：

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);

}

　　這段代碼的輸出結果爲

　　爲什麼會出現這樣的結果？下面解釋一下原因：

　　在前面一篇講解關於JVM內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，在運行期間對應着方法區的運行時常量池。

　　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存在的字面常量；否則在運行時常量池開闢一個空間來存儲該字面常量，並將引用指向該字面常量。

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

2.String、StringBuffer以及StringBuilder的區別

　　既然在Java中已經存在了String類，那爲什麼還需要StringBuilder和StringBuffer類呢？

　　那麼看下面這段代碼：

public class Main {

public static void main(String[] args) {

String string = "";

for(int i=0;i<10000;i++){

string += "hello";

}

　　這句 string += "hello";的過程相當於將原有的string變量指向的對象內容取出與"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碼文件便清楚了：

　　從這段反編譯出的字節碼文件可以很清楚地看出：從第8行開始到第35行是整個循環的執行過程，並且每次循環會new出一個StringBuilder對象，然後進行append操作，最後通過toString方法返回String對象。也就是說這個循環執行完畢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優化成：

　　StringBuilder str = new StringBuilder(string);

　　str.append("hello");

　　str.toString();

　　再看下面這段代碼：

public class Main {

public static void main(String[] args) {

StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

for(int i=0;i<10000;i++){

stringBuilder.append("hello");

}

　　反編譯字節碼文件得到：

　　從這裏可以明顯看出，這段代碼的for循環式從13行開始到27行結束，並且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上進行的。因此在循環了10000次之後，這段代碼所佔的資源要比上面小得多。

　　那麼有人會問既然有了StringBuilder類，爲什麼還需要StringBuffer類？查看源代碼便一目瞭然，事實上，StringBuilder和StringBuffer類擁有的成員屬性以及成員方法基本相同，區別是StringBuffer類的成員方法前面多了一個關鍵字：synchronized，不用多說，這個關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：

　　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.不同場景下三個類的性能測試

　　從第二節我們已經看出了三個類的區別，這一小節我們來做個小測試，來測試一下三個類的性能區別：

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()+"類型使用的時間爲："+(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()+"類型使用的時間爲："+(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()+"類型使用的時間爲："+(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");

}

　　測試結果（win7，Eclipse，JDK6)：

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

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()+"類型使用的時間爲："+(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優化操作的時間爲："+(over-begin)+"毫秒");

}

　　執行結果：

　　得到驗證。

　　下面對上面的執行結果進行一般性的解釋：

　　1）對於直接相加字符串，效率很高，因爲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。

　　對於間接相加（即包含字符串引用），形如s1+s2+s3; 效率要比直接相加低，因爲在編譯器不會對引用變量進行優化。

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

　　StringBuilder > StringBuffer > String

　　當然這個是相對的，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，應當根據不同的情況來進行選擇使用：

　　當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；

　　當字符串相加操作較多的情況下，建議使用StringBuilder，如果採用了多線程，則使用StringBuffer。

四.常見的關於String、StringBuffer的面試題

　　下面是一些常見的關於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果是什麼？

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

　　輸出結果爲：true。原因很簡單，"hello"+2在編譯期間就已經被優化成"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果是什麼？

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

　　輸出結果爲:false。由於有符號引用的存在，所以 String c = b + 2;不會在編譯期間被優化，不會把b+2當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指向的並不是同一個對象。javap -c得到的內容：

3.下面這段代碼的輸出結果是什麼？

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

　　輸出結果爲：true。對於被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爲真實的值。那麼String c = b + 2;在編譯期間就會被優化成：String c = "hello" + 2; 下圖是javap -c的內容：

4.下面這段代碼輸出結果爲：

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";

}

　　輸出結果爲false。這裏面雖然將b用final修飾了，但是由於其賦值是通過方法調用返回的，那麼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果是什麼？

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);

}

　　輸出結果爲（JDK版本 JDK6)：

　　這裏面涉及到的是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，並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》，包括很多國內大公司筆試面試題都會遇到，大部分網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/

　　首先必須弄清楚創建對象的含義，創建是什麼時候創建的？這段代碼在運行期間會創建2個對象麼？毫無疑問不可能，用javap -c反編譯即可得到JVM執行的字節碼內容：

　　很顯然，new只調用了一次，也就是說只創建了一個對象。

　　而這道題目讓人混淆的地方就是這裏，這段代碼在運行期間確實只創建了一個對象，即在堆上創建了"abc"對象。而爲什麼大家都在說是2個對象呢，這裏面要澄清一個概念該段代碼執行過程和類的加載過程是有區別的。在類加載的過程中，確實在運行時常量池中創建了一個"abc"對象，而在代碼執行過程中確實只創建了一個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”是這段代碼執行過程中創建了多少個對象還是涉及到多少個對象“再根據具體的來進行回答。

7.下面這段代碼1）和2）的區別是什麼？

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

　　1）的字節碼：

　　2）的字節碼：

　　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。

探祕Java中的String、StringBuilder以及StringBuffer

一.你瞭解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.常見的關於String、StringBuffer的面試題

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