Java 常识（006）：Java中String、StringBuffer、StringBuilder

梦里梦外; 2022-05-24 00:19 208阅读 0赞

## String 对象 ##

### String 创建机制 ###

String 是 Java 语言中非常基础和重要的类，提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑，由源码可知，它是典型的 Immutable （不可变）类，被final class 修饰并且所有属性也都是 final 的。也由于它的不可变性，类似拼接、截取字符串等操作，都会产生新的 String 的对象。

public final class String
        implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
        /** The value is used for character storage. */
        private final char value[];
    
        /** Cache the hash code for the string */
        private int hash; // Default to 0
        ..........................
        }

为了避免在一个系统中产生大量的String对象，java引入了字符串常量池。

其运行机制是：创建一个字符串时，首先检查常量池中是否有值相同的字符串对象，如果有则不需要创建直接从池中刚查找到的对象引用；如果没有则新建字符串对象，返回对象引用，并且将新创建的对象放入池中。但是，通过new方法创建的String对象是不检查字符串池的，而是直接在堆区或栈区创建一个新的对象，也不会把对象放入池中。上述原则只适用于通过直接量给String对象引用赋值的情况。

String str1 = "abc";//通过直接变量赋值方式，存入字符串常量池
    
    
    String str2 = new String("abc");//通过new方式赋值方式，不放入字符串常量池

String提供了inter()方法。调用该方法时，如果常量池中包括了一个等于此String对象的字符串（由equals方法确定），则返回池中的字符串。否则，将此String对象添加到池中，并且返回此池中对象的引用。

### String的特性 ###

*  不可变

String对象一旦生成，则不能再对它进行改变。不可变的主要作用在于当一个对象需要被多线程共享，并且访问频繁时，可以省略同步和锁等待的时间，从而大幅度提高系统性能。不可变模式是一个可以提高多线程程序的性能，降低多线程程序复杂度的设计模式。

*  针对常量池的优化

当2个String对象拥有相同的值时，他们只引用常量池中的同一个拷贝。当同一个字符串反复出现时，该特性可以大幅度节省内存空间。

### 字符串缓存 ###

String 在 Java 6 以后提供了 intern() 方法，目的是提示 JVM 把相应字符串缓存起来，以备重复使用。在我们创建字符串对象并调用 intern() 方法的时候，如果已经有缓存的字符串，就会返回缓存里的实例，否则将其缓存起来。一般来说，JVM 会将所有的类似“abc”这样的文本字符串，或者字符串常量之类缓存起来。

一般使用 Java 6 这种历史版本，并不推荐大量使用 intern。为什么呢？被缓存的字符串是存在所谓 PermGen 里的，也就是臭名昭著的“永久代”，这个空间是很有限的，也基本不会被 FullGC 之外的垃圾收集到。所以，如果使用不当，OOM 就会出现。

在后续JDK版本中，这个缓存被放置在堆中，这样就极大避免了永久代占满的问题，甚至永久代在 JDK 8 中被 MetaSpace（元数据区）替代了。而且，默认缓存大小也在不断地扩大。你可以使用下面的参数直接打印具体数字，可以拿自己的 JDK 试验一下。

-XX:+PrintStringTableStatistics

Intern 是一种显式地排重机制，但是它也有一定的副作用，一是需要开发者写代码时显式调用，每一个都显式调用是非常麻烦的；另外就是很难保证效率，应用开发阶段很难清楚地预计字符串的重复情况。

在 Oracle JDK 8 之后，推出了一个新的特性，也就是 G1 GC 下的字符串排重。它是通过将相同数据的字符串指向同一份数据来实现的，是 JVM 底层的改变，并不需要 Java 类库做什么修改。

这个功能目前是默认关闭的，需要使用下面参数开启，并且记得指定使用 G1 GC：

-XX:+UseStringDeduplication

## StringBuffer/StringBuilder ##

其底层在内存中的存储方式与String相同，都是以一个有序的字符序列（char类型的数组）进行存储，不同点是StringBuffer/StringBuilder对象的值是可以改变的，并且值改变以后，对象引用不会发生改变;

为了实现修改字符序列的目的，StringBuffer 和 StringBuilder 底层都是利用可修改的（char，JDK 9 以后是 byte）数组，二者都继承了 AbstractStringBuilder，里面包含了基本操作，区别仅在于最终的方法是否加了 synchronized。

另外，这个内部数组应该创建成多大的呢？如果太小，拼接的时候可能要重新创建足够大的数组；如果太大，又会浪费空间。目前的实现是，构建时初始字符串长度加 16（这意味着，如果没有构建对象时输入最初的字符串，那么初始值就是 16）。我们如果确定拼接会发生非常多次，而且大概是可预计的，那么就可以指定合适的大小，避免很多次扩容的开销。扩容会产生多重开销，因为要抛弃原有数组，创建新的（可以简单认为是倍数）数组，还要进行 arraycopy。

以StringBuilder源码为例，看一下初始化大小的计算：

public final class StringBuilder
        extends AbstractStringBuilder
        implements java.io.Serializable, CharSequence
    {
    
        /** use serialVersionUID for interoperability */
        static final long serialVersionUID = 4383685877147921099L;
    
        /**
         * Constructs a string builder with no characters in it and an
         * initial capacity of 16 characters.
         */
        public StringBuilder() {
            super(16);
        }
    
        /**
         * Constructs a string builder with no characters in it and an
         * initial capacity specified by the {@code capacity} argument.
         *
         * @param      capacity  the initial capacity.
         * @throws     NegativeArraySizeException  if the {@code capacity}
         *               argument is less than {@code 0}.
         */
        public StringBuilder(int capacity) {
            super(capacity);
        }
    
        /**
         * Constructs a string builder initialized to the contents of the
         * specified string. The initial capacity of the string builder is
         * {@code 16} plus the length of the string argument.
         *
         * @param   str   the initial contents of the buffer.
         */
        public StringBuilder(String str) {
            super(str.length() + 16);
            append(str);
        }
    
        /**
         * Constructs a string builder that contains the same characters
         * as the specified {@code CharSequence}. The initial capacity of
         * the string builder is {@code 16} plus the length of the
         * {@code CharSequence} argument.
         *
         * @param      seq   the sequence to copy.
         */
        public StringBuilder(CharSequence seq) {
            this(seq.length() + 16);
            append(seq);
        }
        .......................................
    }

二者基类AbstractStringBuilder的扩容方法：

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    ................................此处省略......................
    
    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
            // overflow-conscious code
            if (minimumCapacity - value.length > 0) {
                value = Arrays.copyOf(value,
                        newCapacity(minimumCapacity));
            }
        }
        
    ................................此处省略......................
    }

两对象在构造过程中，首先按照默认大小申请一个字符数组，由于会不断加入新数据，当超过默认大小后，会创建一个更大的数组，并将原先的数组内容复制过来，再丢弃旧的数组。因此，对于较大对象的扩容会涉及大量的内存复制操作，如果能够预先评估大小，可提升性能。

StringBuffer 是为解决 String 拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类，它是 Java 1.5 中新增的，我们可以用 append 或者 add 方法，把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。

StringBuffer 本质是一个线程安全的可修改字符序列，它保证了线程安全，也随之带来了额外的性能开销，所以除非有线程安全的需要，不然还是推荐使用它的后继者，也就是 StringBuilder。

## 应用场景 ##

*  在字符串内容不经常发生变化的业务场景优先使用String类。

例如：常量声明、少量的字符串拼接操作等。如果有大量的字符串内容拼接，避免使用String与String之间的“+”操作，因为这样会产生大量无用的中间对象，耗费空间且执行效率低下（新建对象、回收对象花费大量时间）。

*  在频繁进行字符串的运算（如拼接、替换、删除等），并且运行在多线程环境下，建议使用StringBuffer，例如XML解析、HTTP参数解析与封装。
 *  在频繁进行字符串的运算（如拼接、替换、删除等），并且运行在单线程环境下，建议使用StringBuilder，例如SQL语句拼装、JSON封装等