深入String常用类的原理
总结一下String、StringBuffer、StringBuilder的区别：
一、String类的不变性：
- String：字符串常量
- StringBuffer：字符串变量
- StringBuilder：字符串变量
看一下下面的语句：String s = "abcd"; s = s+1; System.out.print(s);// result : abcd1
我们明明就是改变了String型的变量s的，为什么说是没有改变呢? 其实这是一种欺骗，JVM是这样解析这段代码的：首先创建对象s，赋予一个abcd，然后再创建一个新的对象s用来执行第二行代码，也就是说我们之前对象s并没有变化，所以我们说String类型是不可改变的对象了，由于这种机制，每当用String操作字符串时，实际上是在不断的创建新的对象，而原来的对象就会变为垃圾被ＧＣ回收掉，可想而知这样执行效率会有多底。
String是不可变类，因为它的属性定义使用的是final char value[], 内容也是不可变的， 使用final的话，那它是不可以被继承的，如果看到内容发生变化了的话，那是因为它new了一个新的String对象。
看一下String类的源代码：
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;
......
} 下面再继续看String类的一些方法实现：
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”。
二、深入理解String、StringBuffer、StringBuilder
1、String str=”hello world”和String str=new String(“hello world”)的区别：
上述代码搭建肯定不会陌生，那具体的区别是什么呢？我们先看几个小例子：
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); //false
System.out.println(str1==str3); //true
System.out.println(str2==str4); //false
}
} 为什么会出现这样的结果？下面解释一下原因：
在关于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？
看下面的这段代码：
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。
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12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：
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17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：
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、不同场景下三个类的性能测试
代码：
package com.iflytek.demo.t1;
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");
}
} 运行结果：
操作java.lang.String类型使用的时间为：6098毫秒 操作java.lang.StringBuffer类型使用的时间为：1毫秒 操作java.lang.StringBuilder类型使用的时间为：2毫秒 字符串直接相加操作：0毫秒 字符串间接相加操作：4毫秒
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：
package com.iflytek.demo.t1;
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");
}
} 运行结果：
操作java.lang.String类型使用的时间为：5667毫秒 模拟JVM优化操作的时间为：3226毫秒
下面对上面的执行结果进行一般性的解释：
- 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。
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。
附加问题：
1、String str = new String(“abc”)创建了多少个对象？
2、String str = new String(“abc”)涉及到几个String对象？
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。
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。
因此答案为：
1、String str = new String(“abc”)创建了多少个对象？ 1个
2、String str = new String(“abc”)涉及到几个String对象？ 2个
下面//1处和//2处有什么区别？
package com.iflytek.demo.t1;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "I";
s1 += "Love"+"Java"; //1
s1 = s1+"Love"+"Java"; //2
}
} 答：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。
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