没有对比就没有伤害 ---- String StringBuilder StringBuffer 手足互残

做andorid 的同学，不管在项目开发过程中还是在面试过程中，都会遇到字符串操作的问题吧，今天，我们就来扒一扒。

【 场景1】关于字符串相等关系的争论

//代码1  String sa=new String("Hello world");            String sb=new String("Hello world");      System.out.println(sa==sb);  // false       //代码2    String sc="Hello world";    String sd="Hello world";  System.out.println(sc==sd);  // true   

代码1中局部变量sa,sb中存储的是JVM在堆中new出来的两个String对象的内存地址。虽然这两个String对象的值(char[]存放的字符序列)都是"Hello world"。 因此"=="比较的是两个不同的堆地址。代码2中局部变量sc,sd中存储的也是地址，但却都是常量池中"Hello world"指向的地址 。自然相等了。

 【场景2】 字符串“+”操作的内幕

//代码1  String sa = "ab";                                          String sb = "cd";                                       String sab=sa+sb;                                      String s="abcd";  System.out.println(sab==s); // false  //代码2  String sc="ab"+"cd";  String sd="abcd";  System.out.println(sc==sd); //true  

代码1中局部变量sa,sb存储的是常量池中的地址。而当执行sa+sb时，JVM首先会在堆中创建一个StringBuilder类，同时用sa字符串对象完成初始化，然后调用append方法完成对sb字符串的合并操作，接着调用StringBuilder的toString()方法在堆中创建一个String对象，最后将刚生成的String对象的堆地址存放在局部变量sab中。而局部变量s存储的是常量池中"abcd"所对应地址。 sab与s地址当然不一样了。代码2中"ab"+"cd"会直接在编译期就合并成常量"abcd"， 因此相同字面值常量"abcd"所对应的是常量池中字符串对象，自然地址也就相同。

 

【场景3】  String三姐妹(String,StringBuffer,StringBuilder) 
        String扒的差不多了。但他还有两个妹妹StringBuffer,StringBuilder长的也不错哦！我们也要下手了：
        String(大姐，出生于JDK1.0时代)          不可变字符序列
        StringBuffer(二姐，出生于JDK1.0时代)    线程安全的可变字符序列
        StringBuilder(小妹，出生于JDK1.5时代)   非线程安全的可变字符序列 

 

【场景4】 StringBuffer与String的可变性问题。 

         我们先看看这两个类的部分源代码：

Java代码  

1. //String   
2. public final class String  
3. {  
4.         private final char value[];  
5.   
6.          public String(String original) {  
7.               // 把原字符串original切分成字符数组并赋给value[];  
8.          }  
9. }  
10.   
11. //StringBuffer   
12. public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder  
13. {  
14.          char value[]; //继承了父类AbstractStringBuilder中的value[]  
15.          public StringBuffer(String str) {  
16.                  super(str.length() + 16); //继承父类的构造器，并创建一个大小为str.length()+16的value[]数组  
17.                  append(str); //将str切分成字符序列并加入到value[]中  
18.         }  
19. }  

      很显然，String和StringBuffer中的value[]都用于存储字符序列。但是,
      (1) String中的是常量(final)数组，只能被赋值一次。 
      比如：new String("abc")使得value[]={'a','b','c'}(查看jdk String 就是这么实现的)，之后这个String对象中的value[]再也不能改变了。这也正是大家常说的，String是不可变的原因 。    
      注意：这个对初学者来说有个误区，有人说String str1=new String("abc"); str1=new String("cba");不是改变了字符串str1吗？那么你有必要先搞懂对象引用和对象本身的区别。这里我简单的说明一下，对象本身指的是存放在堆空间中的该对象的实例数据(非静态非常量字段)。而对象引用指的是堆中对象本身所存放的地址，一般方法区和Java栈中存储的都是对象引用，而非对象本身的数据。

      (2) StringBuffer中的value[]就是一个很普通的数组，而且可以通过append()方法将新字符串加入value[]末尾。这样也就改变了value[]的内容和大小了。

      比如：new StringBuffer("abc")使得value[]={'a','b','c','',''...}(注意构造的长度是str.length()+16)。如果再将这个对象append("abc")，那么这个对象中的value[]={'a','b','c','a','b','c',''....}。这也就是为什么大家说 StringBuffer是可变字符串 的涵义了。从这一点也可以看出，StringBuffer中的value[]完全可以作为字符串的缓冲区功能。其累加性能是很不错的，在后面我们会进行比较。

     总结，讨论String和StringBuffer可不可变。本质上是指对象中的value[]字符数组可不可变，而不是对象引用可不可变。 

 

 【场景5】  StringBuffer与StringBuilder的线程安全性问题 

      StringBuffer和StringBuilder可以算是双胞胎了，这两者的方法没有很大区别。但在线程安全性方面，StringBuffer允许多线程进行字符操作。这是因为在源代码中StringBuffer的很多方法都被关键字synchronized 修饰了，而StringBuilder没有。
      有多线程编程经验的程序员应该知道synchronized。这个关键字是为线程同步机制 设定的。我简要阐述一下synchronized的含义：
      每一个类对象都对应一把锁，当某个线程A调用类对象O中的synchronized方法M时，必须获得对象O的锁才能够执行M方法，否则线程A阻塞。一旦线程A开始执行M方法，将独占对象O的锁。使得其它需要调用O对象的M方法的线程阻塞。只有线程A执行完毕，释放锁后。那些阻塞线程才有机会重新调用M方法。这就是解决线程同步问题的锁机制。 
      了解了synchronized的含义以后，大家可能都会有这个感觉。多线程编程中StringBuffer比StringBuilder要安全多了 ，事实确实如此。如果有多个线程需要对同一个字符串缓冲区进行操作的时候，StringBuffer应该是不二选择。
      注意：是不是String也不安全呢？事实上不存在这个问题，String是不可变的。线程对于堆中指定的一个String对象只能读取，无法修改。试问：还有什么不安全的呢？ 

 

【场景6】  String和StringBuffer的效率问题（这可是个热门话题呀!） 

      首先说明一点：StringBuffer和StringBuilder可谓双胞胎，StringBuilder是1.5新引入的，其前身就是StringBuffer。StringBuilder的效率比StringBuffer稍高，如果不考虑线程安全，StringBuilder应该是首选。另外，JVM运行程序主要的时间耗费是在创建对象和回收对象上。

      我们用下面的代码运行1W次字符串的连接操作，测试String,StringBuffer所运行的时间。

Java代码  

1. //测试代码  
2. public class RunTime{  
3.     public static void main(String[] args){  
4.            ● 测试代码位置1  
5.           long beginTime=System.currentTimeMillis();  
6.           for(int i=0;i<10000;i++){  
7.                  ● 测试代码位置2  
8.           }  
9.           long endTime=System.currentTimeMillis();  
10.           System.out.println(endTime-beginTime);     
11.     }  
12. }  

(1) String常量与String变量的"+"操作比较 
        ▲测试①代码：     (测试代码位置1)  String str="";
                                  (测试代码位置2)  str="Heart"+"Raid";
            [耗时：  0ms]
             
       ▲测试②代码        (测试代码位置1)  String s1="Heart";
                                                           String s2="Raid";
                                                           String str="";
                                  (测试代码位置2)  str=s1+s2;
            [耗时：  15—16ms]
      结论：String常量的“+连接”  稍优于  String变量的“+连接”。 
      原因：测试①的"Heart"+"Raid"在编译阶段就已经连接起来，形成了一个字符串常量"HeartRaid"，并指向堆中的拘留字符串对象。运行时只需要将"HeartRaid"指向的拘留字符串对象地址取出1W次，存放在局部变量str中。这确实不需要什么时间。 
               测试②中局部变量s1和s2存放的是两个不同的拘留字符串对象的地址。然后会通过下面三个步骤完成“+连接”：
                                1、StringBuilder temp=new StringBuilder(s1)，
                                2、temp.append(s2);
                                3、str=temp.toString();
               我们发现，虽然在中间的时候也用到了append()方法，但是在开始和结束的时候分别创建了StringBuilder和String对象。可想而知：调用1W次，是不是就创建了1W次这两种对象呢？不划算。

     但是，String变量的"+连接"操作比String常量的"+连接"操作使用的更加广泛。 这一点是不言而喻的。
    

(2)String对象的"累+"连接操作与StringBuffer对象的append()累和连接操作比较。 
          ▲测试①代码：     (代码位置1)  String s1="Heart";
                                                       String s="";
                                    (代码位置2)  s=s+s1;
             [耗时：  4200—4500ms]
             
          ▲测试②代码        (代码位置1)  String s1="Heart";
                                                       StringBuffer sb=new StringBuffer();
                                    (代码位置2) sb.append(s1);
             [耗时：  0ms(当循环100000次的时候，耗时大概16—31ms)]
         结论：大量字符串累加时，StringBuffer的append()效率远好于String对象的"累+"连接 
         原因：测试① 中的s=s+s1，JVM会利用首先创建一个StringBuilder，并利用append方法完成s和s1所指向的字符串对象值的合并操作，接着调用StringBuilder的 toString()方法在堆中创建一个新的String对象，其值为刚才字符串的合并结果。而局部变量s指向了新创建的String对象。

                  因为String对象中的value[]是不能改变的，每一次合并后字符串值都需要创建一个新的String对象来存放。循环1W次自然需要创建1W个String对象和1W个StringBuilder对象，效率低就可想而知了。

                  测试②中sb.append(s1);只需要将自己的value[]数组不停的扩大来存放s1即可。循环过程中无需在堆中创建任何新的对象。效率高就不足为奇了。        

 

比武结果：

    (1) 在编译阶段就能够确定的字符串常量，完全没有必要创建String或StringBuffer对象。直接使用字符串常量的"+"连接操作效率最高。

    (2) StringBuffer对象的append效率要高于String对象的"+"连接操作。

    (3) 不停的创建对象是程序低效的一个重要原因。那么相同的字符串值能否在堆中只创建一个String对象那。显然拘留字符串能够做到这一点，除了程序中的字符串常量会被JVM自动创建拘留字符串之外，调用String的intern()方法也能做到这一点。当调用intern()时，如果常量池中已经有了当前String的值，那么返回这个常量指向拘留对象的地址。如果没有，则将String值加入常量池中，并创建一个新的拘留字符串对象。