String，StringBuilder，StringBuffer 实现原理解析

定义：
从jdk1.5开始提供的新的封装字符串的类，StringBuilder，其字符串拼接操作的效率远远高于 String。

Java里面提供了String，StringBuffer和StringBuilder三个类来封装字符串

简介：
我们知道字符串其实就是由若干个字符线性排列而成的，可以理解为字符数组Array，那么既然是数组实现的，那就需要考虑到数组的特性，数组在内存中是一块连续的地址空间块，即在定义数组的时候需要指定数组的大小

换言之， 数组就分为可变数组和不可变数组。可变数组能够动态插入和删除，而不可变数组一旦分配好空间后则不能进行动态插入或删除操作。

在实际的字符串应用场景中，涉及到多种操作，比如字符串的插入，删除，修改，拼接，查询，替换...

String:
不可变类，属性value为不可变数组，即String初始化构造器没有初始容量为16的概念，你定义多少，String中字符数组的长度就是多少，不存在字符数组扩容一说。看下源码：

final修饰的String 类，以及final修饰的char[] value,表示String类不可被继承，且value只能被初始化一次。这里的value变量其实就是存储了String字符串中的所有字符。

那既然String，不可变。我们再看下它的截取方法subString（）实现

这里可以看到，在substring方法中，如果传入的参数为0，就返回自身原对象，否则就是重新创建一个新的对象。

类似的我们可以看到，String类的concat方法，replace方法，都是内部重新生成一个String对象的。

这也就是为什么我们如果采用String对象频繁的进行拼接，截取，替换操作效率很低下的原因。

下面再看下StringBuilder对象的源码，分析为何其在做字符串的拼接，截取，替换方面效率远远高于String

StringBuilder：
内部可变数组，存在初始化StringBuilder对象中字符数组容量为16，存在扩容。

StringBuilder类继承AbstractStringBuilder抽象类，其中StringBuilder的大部分方法都是直接调用的父类的实现。

首先看下StringBuilder的构造方法

1：空参数的构造方法

2：自定义初始容量-构造函数

3：以字符串String 作为参数的构造

在参数Str 数组长度的基础上再增加16个字符长度，作为StringBuilder实例的初始数组容量，并将str字符串 append到StringBuilder的数组中。

具体看下父类AbstractStringBuilder的append方法

1：首先判断append的参数是否为null，如果为null的话，这里也是可以append进去的

其中ensureCapacityInternal方法是确保这次append 的时候StringBuilder的内部数组容量是满足的，即这次要append的null字符长度为4，加上之前内部数组中已有的字符位数c之后作为参数执行。

2：如果不为null的话，就获取这次需要append的str的字符长度。紧接着执行是否需要扩容的方法

3：重点看下append方法的关键：String的 getChars方法（从str的0位开始，到str的长度，当前StringBuilder对象的字符数组，当前数组已有的字符长度）

其实是调用了System的arraycopy方法 参数如下：

value 为str的内部不可变字符数组，

srcBegin 为从str 字符串数组的0下标开始，

srcEnd 为str字符串数组的长度，

dst 为StringBuilder对象的内部可变字符数组，

dstBegin 则为StringBuilder对象中已有的字符长度（char[] 已有的元素长度）

即整个StringBuilder的append方法，本质上是调用System的native方法，直接将String 类型的str字符串中的字符数组，拷贝到了StringBuilder的字符数组中

toString()：
最后说下StringBuilder的toString方法，

这里的toString方法直接new 一个String对象，将StringBuilder对象的value进行一个拷贝，重新生成一个对象，不共享之前StringBuilder的char[]

以上就是StringBuilder的拼接字符串的原理分析，可以发现没有像String一样去重新new 对象，所以在频繁的拼接字符上，StringBuilder的效率远远高于String类。

StringBuffer：
线程安全的高效字符串操作类，看下源码：

类图和StringBuilder一样，不多说

构造函数：

和StringBuilder一样，也不用多说，重点看下其append方法：

可以看到这里就是在append方法上加了同步锁，来实现多线程下的线程安全。其他的和StringBuilder一致。

这里比StringBuilder多了一个参数

这里的作用简单介绍一下，就是去缓存toString的

可以看下StringBuffer的toString方法

这里的作用就是如果StringBuffer对象此时存在toStringCache，在多次调用其toString方法时，其new出来的String对象是会共享同一个char[] 内存的，达到共享的目的。但是StringBuffer只要做了修改，其toStringCache属性值都会置null处理。这也是StringBuffer和StringBuilder的一个区别点。

总结：
String 类不可变，内部维护的char[] 数组长度不可变，为final修饰，String类也是final修饰，不存在扩容。字符串拼接，截取，都会生成一个新的对象。频繁操作字符串效率低下，因为每次都会生成新的对象。

StringBuilder 类内部维护可变长度char[] ， 初始化数组容量为16，存在扩容， 其append拼接字符串方法内部调用System的native方法，进行数组的拷贝，不会重新生成新的StringBuilder对象。非线程安全的字符串操作类， 其每次调用 toString方法而重新生成的String对象，不会共享StringBuilder对象内部的char[]，会进行一次char[]的copy操作。

StringBuffer 类内部维护可变长度char[]， 基本上与StringBuilder一致，但其为线程安全的字符串操作类，大部分方法都采用了Synchronized关键字修改，以此来实现在多线程下的操作字符串的安全性。其toString方法而重新生成的String对象，会共享StringBuffer对象中的toStringCache属性（char[]），但是每次的StringBuffer对象修改，都会置null该属性值。