探秘Java中String、StringBuilder以及StringBuffer
相信String这个类是Java中使用得最频繁的类之一，并且又是各大公司面试喜欢问到的地方，今天就来和大家一起学习一下String、StringBuilder和StringBuffer这几个类，分析它们的异同点以及了解各个类适用的场景。下面是本文的目录大纲：
一.你了解String类吗？
二.深入理解String、StringBuffer、StringBuilder
三.不同场景下三个类的性能测试
四.常见的关于String、StringBuffer的面试题（辟谣网上流传的一些曲解String类的说法）
一.你了解String类吗？
想要了解一个类，最好的办法就是看这个类的实现源代码，String类的实现在
jdk1.6.0_14srcjavalangString.java 文件中。
打开这个类文件就会发现String类是被final修饰的：
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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; ......} |
从上面可以看出几点：
1）String类是final类，也即意味着String类不能被继承，并且它的成员方法都默认为final方法。在Java中，被final修饰的类是不允许被继承的，并且该类中的成员方法都默认为final方法。在早期的JVM实现版本中，被final修饰的方法会被转为内嵌调用以提升执行效率。而从Java SE5/6开始，就渐渐摈弃这种方式了。因此在现在的Java SE版本中，不需要考虑用final去提升方法调用效率。只有在确定不想让该方法被覆盖时，才将方法设置为final。
2）上面列举出了String类中所有的成员属性，从上面可以看出String类其实是通过char数组来保存字符串的。
下面再继续看String类的一些方法实现：
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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; |
从上面的三个方法可以看出，无论是sub操、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的，而是重新生成了一个新的字符串对象。也就是说进行这些操作后，最原始的字符串并没有被改变。
在这里要永远记住一点：
“对String对象的任何改变都不影响到原对象，相关的任何change操作都会生成新的对象”。
在了解了于String类基础的知识后，下面来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")的区别
想必大家对上面2个语句都不陌生，在平时写代码的过程中也经常遇到，那么它们到底有什么区别和联系呢？下面先看几个例子：
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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); }} |
这段代码的输出结果为
为什么会出现这样的结果？下面解释一下原因：
在前面一篇讲解关于JVM内存机制的一篇博文中提到 ，在class文件中有一部分 来存储编译期间生成的 字面常量以及符号引用，这部分叫做class文件常量池，在运行期间对应着方法区的运行时常量池。
因此在上述代码中，String str1 = "hello world";和String str3 = "hello world"; 都在编译期间生成了 字面常量和符号引用，运行期间字面常量"hello world"被存储在运行时常量池（当然只保存了一份）。通过这种方式来将String对象跟引用绑定的话，JVM执行引擎会先在运行时常量池查找是否存在相同的字面常量，如果存在，则直接将引用指向已经存在的字面常量；否则在运行时常量池开辟一个空间来存储该字面常量，并将引用指向该字面常量。
总所周知，通过new关键字来生成对象是在堆区进行的，而在堆区进行对象生成的过程是不会去检测该对象是否已经存在的。因此通过new来创建对象，创建出的一定是不同的对象，即使字符串的内容是相同的。
2.String、StringBuffer以及StringBuilder的区别
既然在Java中已经存在了String类，那为什么还需要StringBuilder和StringBuffer类呢？
那么看下面这段代码：
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public class Main { public static void main(String[] args) { String string = ""; for(int i=0;i<10000;i++){ string += "hello"; } }} |
这句 string += "hello";的过程相当于将原有的string变量指向的对象内容取出与"hello"作字符串相加操作再存进另一个新的String对象当中，再让string变量指向新生成的对象。如果大家还有疑问可以反编译其字节码文件便清楚了：
从这段反编译出的字节码文件可以很清楚地看出：从第8行开始到第35行是整个循环的执行过程，并且每次循环会new出一个StringBuilder对象，然后进行append操作，最后通过toString方法返回String对象。也就是说这个循环执行完毕new出了10000个对象，试想一下，如果这些对象没有被回收，会造成多大的内存资源浪费。从上面还可以看出：string+="hello"的操作事实上会自动被JVM优化成：
StringBuilder str = new StringBuilder(string);
str.append("hello");
str.toString();
再看下面这段代码：
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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"); } }} |
反编译字节码文件得到：
从这里可以明显看出，这段代码的for循环式从13行开始到27行结束，并且new操作只进行了一次，也就是说只生成了一个对象，append操作是在原有对象的基础上进行的。因此在循环了10000次之后，这段代码所占的资源要比上面小得多。
那么有人会问既然有了StringBuilder类，为什么还需要StringBuffer类？查看源代码便一目了然，事实上，StringBuilder和StringBuffer类拥有的成员属性以及成员方法基本相同，区别是StringBuffer类的成员方法前面多了一个关键字：synchronized，不用多说，这个关键字是在多线程访问时起到安全保护作用的,也就是说StringBuffer是线程安全的。
下面摘了2段代码分别来自StringBuffer和StringBuilder，insert方法的具体实现：
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.不同场景下三个类的性能测试
从第二节我们已经看出了三个类的区别，这一小节我们来做个小测试，来测试一下三个类的性能区别：
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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()+"类型使用的时间为："+(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()+"类型使用的时间为："+(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()+"类型使用的时间为："+(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("字符串间接相加操作："+(over-begin)+"毫秒"); } } |
测试结果（win7，Eclipse，JDK6)：
上面提到string+="hello"的操作事实上会自动被JVM优化，看下面这段代码：
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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()+"类型使用的时间为："+(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("模拟JVM优化操作的时间为："+(over-begin)+"毫秒"); } } |
执行结果：
得到验证。
下面对上面的执行结果进行一般性的解释：
1）对于直接相加字符串，效率很高，因为在编译器便确定了它的值，也就是说形如"I"+"love"+"java"; 的字符串相加，在编译期间便被优化成了"Ilovejava"。这个可以用javap -c命令反编译生成的class文件进行验证。
对于间接相加（即包含字符串引用），形如s1+s2+s3; 效率要比直接相加低，因为在编译器不会对引用变量进行优化。
2）String、StringBuilder、StringBuffer三者的执行效率：
StringBuilder > StringBuffer > String
当然这个是相对的，不一定在所有情况下都是这样。
比如String str = "hello"+ "world"的效率就比 StringBuilder st = new StringBuilder().append("hello").append("world")要高。
因此，这三个类是各有利弊，应当根据不同的情况来进行选择使用：
当字符串相加操作或者改动较少的情况下，建议使用 String str="hello"这种形式；
当字符串相加操作较多的情况下，建议使用StringBuilder，如果采用了多线程，则使用StringBuffer。
四.常见的关于String、StringBuffer的面试题
下面是一些常见的关于String、StringBuffer的一些面试笔试题，若有不正之处，请谅解和批评指正。
1. 下面这段代码的输出结果是什么？
String a = "hello2"; String b = "hello" + 2; System.out.println((a == b));
输出结果为：true。原因很简单，"hello"+2在编译期间就已经被优化成"hello2"，因此在运行期间，变量a和变量b指向的是同一个对象。
2.下面这段代码的输出结果是什么？
String a = "hello2"; String b = "hello"; String c = b + 2; System.out.println((a == c));
输出结果为:false。由于有符号引用的存在，所以 String c = b + 2;不会在编译期间被优化，不会把b+2当做字面常量来处理的，因此这种方式生成的对象事实上是保存在堆上的。因此a和c指向的并不是同一个对象。javap -c得到的内容：
3.下面这段代码的输出结果是什么？
String a = "hello2"; final String b = "hello"; String c = b + 2; System.out.println((a == c));
输出结果为：true。对于被final修饰的变量，会在class文件常量池中保存一个副本，也就是说不会通过连接而进行访问，对final变量的访问在编译期间都会直接被替代为真实的值。那么String c = b + 2;在编译期间就会被优化成：String c = "hello" + 2; 下图是javap -c的内容：
4.下面这段代码输出结果为：
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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"; }} |
输出结果为false。这里面虽然将b用final修饰了，但是由于其赋值是通过方法调用返回的，那么它的值只能在运行期间确定，因此a和c指向的不是同一个对象。
5.下面这段代码的输出结果是什么？
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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); }} |
输出结果为（JDK版本 JDK6)：
这里面涉及到的是String.intern方法的使用。在String类中，intern方法是一个本地方法，在JAVA SE6之前，intern方法会在运行时常量池中查找是否存在内容相同的字符串，如果存在则返回指向该字符串的引用，如果不存在，则会将该字符串入池，并返回一个指向该字符串的引用。因此，a和d指向的是同一个对象。
6.String str = new String("abc")创建了多少个对象？
这个问题在很多书籍上都有说到比如《Java程序员面试宝典》，包括很多国内大公司笔试面试题都会遇到，大部分网上流传的以及一些面试书籍上都说是2个对象，这种说法是片面的。
如果有不懂得地方可以参考这篇帖子：
http://rednaxelafx.iteye.com/blog/774673/
首先必须弄清楚创建对象的含义，创建是什么时候创建的？这段代码在运行期间会创建2个对象么？毫无疑问不可能，用javap -c反编译即可得到JVM执行的字节码内容：
很显然，new只调用了一次，也就是说只创建了一个对象。
而这道题目让人混淆的地方就是这里，这段代码在运行期间确实只创建了一个对象，即在堆上创建了"abc"对象。而为什么大家都在说是2个对象呢，这里面要澄清一个概念 该段代码执行过程和类的加载过程是有区别的。在类加载的过程中，确实在运行时常量池中创建了一个"abc"对象，而在代码执行过程中确实只创建了一个String对象。
因此，这个问题如果换成 String str = new String("abc")涉及到几个String对象？合理的解释是2个。
个人觉得在面试的时候如果遇到这个问题，可以向面试官询问清楚”是这段代码执行过程中创建了多少个对象还是涉及到多少个对象“再根据具体的来进行回答。
7.下面这段代码1）和2）的区别是什么？
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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"在编译期间会被优化成"lovejava"，而2）中的不会被优化。下面是两种方式的字节码：
1）的字节码：
2）的字节码：
可以看出，在1）中只进行了一次append操作，而在2）中进行了两次append操作。