String、StringBuffer 和 StringBuilder 的区别

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String

字符串常量,一旦创建,不可改变。这里的不可改变指字符串对应堆内存,当我们执行字符串的加操作时,实际上是复制被加字符串的内容到新开辟的字符串空间中,原来的作废。

String 是线程安全的,String 类是 final 类,不可以被继承。

String 的长度是不变的,适用于少量的字符串操作。

StringBuffer

字符串变量,长度可变,线程安全。适用于多线程下在字符缓冲区进行大量字符串操作

StringBuilder

字符串变量,长度可变,线程不安全。适用于单线程下在字符缓冲区进行大量字符串操作

字符串操作在执行速度:StringBuilder > StringBuffer > String

源码分析

基于 Android SDK 26 版本分析

StringBuffer 与 StringBuilder 共同继承自 AbstractStringBuilder,二者基本的方法调用都是使用了父类的实现,子类只是简单包装了一下,区别在于,StringBuffer 支持多线程,所以它的操作方法均是同步方法。 这里使用 synchronized 关键字标记方法为同步方法,所以它的效率较低,因为调用同步方法时,首先要去获取同步锁。

@Override
public synchronized StringBuffer append(String str) {
  toStringCache = null;
  super.append(str);
  return this;
}

AbstractStringBuilder 定义了一个字符数组用于进行所有的字符处理,

/**
* The value is used for character storage.
*/
char[] value;

使用默认的构造方法时,会指定初始字符数组的大小为 16,如果构造时指定了初始的字符串,那么初始容量为字符串长度加 16。

public StringBuffer(String str) {
	super(str.length() + 16);
	append(str);
}

append 方法实现

append 支持空数据。执行该方法时,会首先检查 append 的值是否是 null,如果是,即参数值为 null,这时 AbstractStringBuilder 会把空值做特殊处理,最终在字符数组结尾追加 “null”。

private AbstractStringBuilder appendNull() {
  int c = count;
  ensureCapacityInternal(c + 4);
  final char[] value = this.value;
  value[c++] = 'n';
  value[c++] = 'u';
  value[c++] = 'l';
  value[c++] = 'l';
  count = c;
  return this;
}

具体追加字符串时,先会根据要插入字符串的长度,对原来的字符容器进行扩容,然后巧妙的通过 String 的 getChars 方法进行数据拼接、追加。

public AbstractStringBuilder append(String str) {
  if (str == null)
    return appendNull();
  int len = str.length();
  // 扩容
  ensureCapacityInternal(count + len);
  // 追加 str 到字符数组容器中,这里会把 str 追加到 value 数组中,count 原来字符的数量,在参数中是偏移的值,
  str.getChars(0, len, value, count);
  // 追加完成后,同步一下 count 的值
  count += len;
  return this;
}

getChars 的具体实现跟 System 的 arrayCopy 一样,都是 native 的实现。

toString()

不论使用 StringBuffer 还是 StringBuilder,在构造、追加完成后,要使用字符串就必须调用 toString 方法,跟其他方法的调用不一样。它们的父类并没有提供统一的实现。

StringBuffer 自己做了优化,它定义了一个字符数组 toStringCache,在调用 toString 时,如果 toStringCache 已经有值,就简单包装返回,如下所示:

@Override
public synchronized String toString() {
  if (toStringCache == null) {
    toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
  }
  return new String(toStringCache, 0, count);
}

toStringCache 会在 StringBuilder 被修改时被置为 null。

/**
 * A cache of the last value returned by toString. Cleared
 * whenever the StringBuffer is modified.
 */
private transient char[] toStringCache;

StringBuilder 的 toString 实现没有用到缓存机制,直接用 StringFactory 提供的工具方法把字符数组转化为字符串。

@Override
public String toString() {
  if (count == 0) {
    return "";
  }
  // 也是一个 native 实现,实际上字符串的很多操作都是通过 native 操作完成
  return StringFactory.newStringFromChars(0, count, value);
}

String 加操作

开发中如果字符串需要追加字符串,经常这样操作

String content = "hello";
System.out.println(content+" world");

这里给该字符串添加上 world 时,也就是 String 在执行加操作时,首先会先开辟空间存储 world 这个字符串,然后再开辟空间将两个字符串拼接,也就是说,一个简单的拼接工作,String需要开辟三块空间来完成。

注意:以上是不准确的解释。

实际上上面说对了一半,在 Java 1.8 之前,确实是上面所说的那样,但是 1.8 之后优化了 String 的 加操作,在编译运行时会根据不同情况使用 StringBuilder 或者 StringBuffer  进行内部优化替换。这一点在 String 的源码注释中有说明:

所以这样说来,平时为了使用方便,完全可以用 + 号进行字符串拼接了,没必要用 StringBuilder。这也是技术发展的趋势所在,好用、简单永远是主流。

总结

这篇文章从三者的区别说起,是一个经常面试时被问到的问题,后面主要分析了 StringBuilder 以及 StringBuffer 部分源码,算是学习研究。

说道最终的性能,经过优化的 String 其实跟 StringBuilder 一致,性能都不错,所以开发过程中没必要纠结用 String 还是 StringBuilder,但是前提是你要知道 String 被优化这个事。

关于作者

咕咚,Android 工程师,个人博客 gudong.name,公众号:咕喱咕咚

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