String,StringBuffer,StringBuillder的底层结构研究

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总述

String 是字符常量，在JDK中String类被声明为final类
StringBuffer是字符串变量，是线程安全的，适合于在多线程下在字符缓冲区进行大量操作
StringBuilder是字符串变量，是非线程安全的，适合于单线程，且效率高

String是用final char value[]来存储的，是不可变的，所以是线程安全的

StringBuffer和StringBuilder都继承了抽象类AbstractStringBuilder，定义了char[] value数组和int count，没有被final修饰；
String每次返回一个新的String实例，而StringBuffer和StringBuilder的append方法直接返回this，也就是自己本身；故在大量字符串连接运算时，推荐使用StringBuffer和StringBuilder；

一：StringBuffer的底层

(1)线程安全的字符串操作类

(2)通过synchronized关键字声明同步方法，保证多线程环境下数据安全

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

(3)底层存储数据的Char[]数组，初始化时，该数组的长度是16。如果构造函数有新传入字符转str，则16基础上加str.length.

/**
*无参构造
*/
public StringBuffer() {
        super(16);
}



/**
*带参构造
*/ 
public StringBuffer(String str) {
        super(str.length() + 16);
        append(str);
    }

/**
*初始化char[]数组
*/
   AbstractStringBuilder(int capacity) {
        value = new char[capacity];
    }

(4)添加字符串的过程

-->先检查内部char[]数组是否需要扩容

-->如需要扩容则进行扩容，然后将原来元数据copy到新数组中。

-->再将新添加的元数据加入到新char[]数组中

public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null)
            return appendNull();
        int len = str.length();
        //检查char[]数组是否需要扩容，扩容，并将原来的数据copy进去新扩容的数组中
        ensureCapacityInternal(count + len);
        //将新添加的数据添加到StringBuilder中的char[]数组中，实现字符串的添加
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }


/**
*元数组char[]的扩容过程
*/
    void expandCapacity(int minimumCapacity) {
        int newCapacity = value.length * 2 + 2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
            newCapacity = minimumCapacity;
        if (newCapacity < 0) {
            if (minimumCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
    }


/**
*扩容实现
*/
   public static char[] copyOf(char[] original, int newLength) {
        char[] copy = new char[newLength];
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

二：StringBuillder的底层

(1)线程非安全的字符串操作类

(2)字符串的添加没有加同步处理，涉及到数组扩容，容易产生脏数据，破坏数据正确性

(3)底层结构和StringBuffer实现基本一样，只是没有做同步处理。

--->StringBuffer和StringBuillder都继承抽象类AbstractStringBuilder，该抽象类实现了字符串操作的方法。

--->StringBuffer和StringBuillder的实现，运用了模板方法的设计模式，将核心数据操作放在父类方法里，子类实现自己的独有特色的功能，涉及核心操作，调用父类方法。
三：String的底层

String类没有提供用于修改字符串的方法。String类对象为不可变字符串，如字符串string=”HELLO”永远只包含HELLO这几个字母，而不能修改其中任何一个字符。当然可以修改字符串变量string的引用，让它引用另一个字符串。
不可变字符串有一个优点：编译器可以让字符串实现共享。实际上只有字符串常量（使用“ ”声明，存储在字符串常量池中）是共享的，subStrng,+等操作产生的结果不能共享。
比较字符串值是否相等时使用equals()方法，不能使用==，==比较的是字符串的地址是否相同。如果字符串在常量池中，可以使用==比较，因为指向的都是同一个字符串。

直接使用 ” ” 声明的String对象会直接存储在常量池中，（可以实现共享）
1.String str1=”first”;
jvm在运行时先查找常量池中是否有该字符串，如果有则直接返回该字符串的引用给first(实现了字符串的共享) ；否则先在常量池中创建该字符串并返回引用。
此时只会在常量池中创建String对象，不会在堆中创建。

2.String str2=new String(“second”);
该代码生成了两个String对象。因为使用了“”会现在常量池中查找是否存second对象，没有则创建否则不创建；在常量池创建完成后，由于使用了new，jvm会在堆中创建内容相同的String对象，并将引用返回给str2.

3.String str3=”what”; String str4=str3+”a nice day”;
运行时，+ 相当于new，所以堆中会有“what a nice day”对象；常量池中会有”what” “a nice day”两个对象，而不会有”what a nice day”对象。

4.三者在执行速度方面的比较：StringBuilder > StringBuffer > String

String,StringBuffer,StringBuillder的底层结构研究

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