String、StringBuffer、StringBuilder

 String 是 final 类，不能被继承。对于已经存在的 Stirng 对象，修改它的值，就是重
新创建一个对象
 StringBuffer 是一个类似于 String 的字符串缓冲区，使用 append() 方法修改
Stringbuffer 的值，使用 toString() 方法转换为字符串，是线程安全的
 StringBuilder 用来替代于 StringBuffer，StringBuilder 是非线程安全的，速度更快

一、Java String 类——String字符串常量

简要的说， String 类型和 StringBuffer 类型的主要性能区别其实在于 String 是不可变的对象, 因此在每次对 String 类型进行改变的时候其实都等同于生成了一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象，这样不仅效率低下，而且大量浪费有限的内存空间，所以经常改变内容的字符串最好不要用 String 。因为每次生成对象都会对系统性能产生影响，特别当内存中无引用对象多了以后， JVM 的 GC 就会开始工作，那速度是一定会相当慢的。

我们来看一下这张对String操作时内存变化的图

1.png

我们可以看到，初始String值为“hello”，然后在这个字符串后面加上新的字符串“world”，这个过程是需要重新在栈堆内存中开辟内存空间的，最终得到了“hello world”字符串也相应的需要开辟内存空间，这样短短的两个字符串，却需要开辟三次内存空间，不得不说这是对内存空间的极大浪费。为了应对经常性的字符串相关的操作，就需要使用Java提供的其他两个操作字符串的类——StringBuffer类和StringBuild类来对此种变化字符串进行处理。

二、StringBuffer 和 StringBuilder 类——StringBuffer、StringBuilder字符串变量

StringBuffer 字符串变量（线程安全）
StringBuilder 字符串变量（非线程安）

当对字符串进行修改的时候，特别是字符串对象经常改变的情况下，需要使用 StringBuffer 和 StringBuilder 类。

和 String 类不同的是，StringBuffer 和 StringBuilder 类的对象能够被多次的修改，并且不产生新的未使用对象。

StringBuilder 类在 Java 5 中被提出，它和 StringBuffer 之间的最大不同在于 StringBuilder 的方法不是线程安全的（不能同步访问）。

由于 StringBuilder 相较于 StringBuffer 有速度优势，所以多数情况下建议使用 StringBuilder 类。然而在应用程序要求线程安全的情况下，则必须使用 StringBuffer 类。

三者的继承结构

2.png

三者的区别：

3.png

（1）字符修改上的区别（主要，见上面分析）
（2）初始化上的区别，String可以空赋值，后者不行，报错

①String
String s = null;
String s = “abc”;

②StringBuffer
StringBuffer s = null; //结果警告：Null pointer access: The variable result can only be null at this location

StringBuffer s = new StringBuffer();//StringBuffer对象是一个空的对象

StringBuffer s = new StringBuffer(“abc”);//创建带有内容的StringBuffer对象,对象的内容就是字符串”

小结：
（1）如果要操作少量的数据用 String；
（2）多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 StringBuffer；
（3）单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 StringBuilder。

而在某些特别情况下， String 对象的字符串拼接其实是被 JVM 解释成了 StringBuffer 对象的拼接，所以这些时候 String 对象的速度并不会比 StringBuffer 对象慢，而特别是以下的字符串对象生成中， String 效率是远要比 StringBuffer 快的：

String S1 = "This is only a" + " simple" + " test";
StringBuffer Sb = new StringBuffer("This is only a").append(" simple").append(" test");
你会很惊讶的发现，生成 String S1 对象的速度简直太快了，而这个时候 StringBuffer 居然速度上根本一点都不占优势。其实这是 JVM 的一个把戏，在 JVM 眼里，这个
String S1 = “This is only a” + “ simple” + “test”; 其实就是：
String S1 = “This is only a simple test”;

所以当然不需要太多的时间了。但大家这里要注意的是，如果你的字符串是来自另外的 String 对象的话，速度就没那么快了，譬如：
String S2 = “This is only a”;
String S3 = “ simple”;
String S4 = “ test”;
String S1 = S2 +S3 + S4;
这时候 JVM 会规规矩矩的按照原来的方式去做

在大部分情况下 StringBuffer > String
StringBuffer
Java.lang.StringBuffer线程安全的可变字符序列。一个类似于 String 的字符串缓冲区，但不能修改。虽然在任意时间点上它都包含某种特定的字符序列，但通过某些方法调用可以改变该序列的长度和内容。
可将字符串缓冲区安全地用于多个线程。可以在必要时对这些方法进行同步，因此任意特定实例上的所有操作就好像是以串行顺序发生的，该顺序与所涉及的每个线程进行的方法调用顺序一致。
StringBuffer 上的主要操作是 append 和 insert 方法，可重载这些方法，以接受任意类型的数据。每个方法都能有效地将给定的数据转换成字符串，然后将该字符串的字符追加或插入到字符串缓冲区中。append 方法始终将这些字符添加到缓冲区的末端；而 insert 方法则在指定的点添加字符。
例如，如果 z 引用一个当前内容是“start”的字符串缓冲区对象，则此方法调用 z.append("le") 会使字符串缓冲区包含“startle”，而 z.insert(4, "le") 将更改字符串缓冲区，使之包含“starlet”。
在大部分情况下 StringBuilder > StringBuffer

java.lang.StringBuilder
java.lang.StringBuilder一个可变的字符序列是5.0新增的。此类提供一个与StringBuffer 兼容的 API，但不保证同步。该类被设计用作 StringBuffer 的一个简易替换，用在字符串缓冲区被单个线程使用的时候（这种情况很普遍）。如果可能，建议优先采用该类，因为在大多数实现中，它比 StringBuffer 要快。两者的方法基本相同。

String(大姐，出生于JDK1.0时代) 不可变字符序列
StringBuffer(二姐，出生于JDK1.0时代) 线程安全的可变字符序列
StringBuilder(小妹，出生于JDK1.5时代) 非线程安全的可变字符序列

★StringBuffer与String的可变性问题。
我们先看看这两个类的部分源代码：

Java代码

//String   
public final class String  
{  
        private final char value[];  
  
         public String(String original) {  
              // 把原字符串original切分成字符数组并赋给value[];  
         }  
}  
  
//StringBuffer   
public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder  
{  
         char value[]; //继承了父类AbstractStringBuilder中的value[]  
         public StringBuffer(String str) {  
                 super(str.length() + 16); //继承父类的构造器，并创建一个大小为str.length()+16的value[]数组  
                 append(str); //将str切分成字符序列并加入到value[]中  
        }  
}

很显然，String和StringBuffer中的value[]都用于存储字符序列。但是,
(1) String中的是常量(final)数组，只能被赋值一次。
比如：new String("abc")使得value[]={'a','b','c'}(查看jdk String 就是这么实现的)，之后这个String对象中的value[]再也不能改变了。这也正是大家常说的，String是不可变的原因。
注意：这个对初学者来说有个误区，有人说String str1=new String("abc"); str1=new String("cba");不是改变了字符串str1吗？那么你有必要先搞懂对象引用和对象本身的区别。这里我简单的说明一下，对象本身指的是存放在堆空间中的该对象的实例数据(非静态非常量字段)。而对象引用指的是堆中对象本身所存放的地址，一般方法区和Java栈中存储的都是对象引用，而非对象本身的数据。

  (2) StringBuffer中的value[]就是一个很普通的数组，而且可以通过append()方法将新字符串加入value[]末尾。这样也就改变了value[]的内容和大小了。

  比如：new StringBuffer("abc")使得value[]={'a','b','c','',''...}(注意构造的长度是str.length()+16)。如果再将这个对象append("abc")，那么这个对象中的value[]={'a','b','c','a','b','c',''....}。这也就是为什么大家说 StringBuffer是可变字符串 的涵义了。从这一点也可以看出，StringBuffer中的value[]完全可以作为字符串的缓冲区功能。其累加性能是很不错的，在后面我们会进行比较。

 总结，讨论String和StringBuffer可不可变。本质上是指对象中的value[]字符数组可不可变，而不是对象引用可不可变。

★StringBuffer与StringBuilder的线程安全性问题
StringBuffer和StringBuilder可以算是双胞胎了，这两者的方法没有很大区别。但在线程安全性方面，StringBuffer允许多线程进行字符操作。这是因为在源代码中StringBuffer的很多方法都被关键字synchronized修饰了，而StringBuilder没有。
有多线程编程经验的程序员应该知道synchronized。这个关键字是为线程同步机制设定的。我简要阐述一下synchronized的含义：
每一个类对象都对应一把锁，当某个线程A调用类对象O中的synchronized方法M时，必须获得对象O的锁才能够执行M方法，否则线程A阻塞。一旦线程A开始执行M方法，将独占对象O的锁。使得其它需要调用O对象的M方法的线程阻塞。只有线程A执行完毕，释放锁后。那些阻塞线程才有机会重新调用M方法。这就是解决线程同步问题的锁机制。
了解了synchronized的含义以后，大家可能都会有这个感觉。多线程编程中StringBuffer比StringBuilder要安全多了，事实确实如此。如果有多个线程需要对同一个字符串缓冲区进行操作的时候，StringBuffer应该是不二选择。
注意：是不是String也不安全呢？事实上不存在这个问题，String是不可变的。线程对于堆中指定的一个String对象只能读取，无法修改。试问：还有什么不安全的呢？

**★String和StringBuffer的效率问题（这可是个热门话题呀!） **
首先说明一点：StringBuffer和StringBuilder可谓双胞胎，StringBuilder是1.5新引入的，其前身就是StringBuffer。StringBuilder的效率比StringBuffer稍高，如果不考虑线程安全，StringBuilder应该是首选。另外，JVM运行程序主要的时间耗费是在创建对象和回收对象上。
我们用下面的代码运行1W次字符串的连接操作，测试String,StringBuffer所运行的时间。

Java代码

//测试代码  
public class RunTime{  
    public static void main(String[] args){  
           ● 测试代码位置1  
          long beginTime=System.currentTimeMillis();  
          for(int i=0;i<10000;i++){  
                 ● 测试代码位置2  
          }  
          long endTime=System.currentTimeMillis();  
          System.out.println(endTime-beginTime);     
    }  
}

(1) String常量与String变量的"+"操作比较
▲测试①代码： (测试代码位置1) String str="";
(测试代码位置2) str="Heart"+"Raid";
[耗时： 0ms]
▲测试②代码 (测试代码位置1) String s1="Heart";
String s2="Raid";
String str="";
(测试代码位置2) str=s1+s2;
[耗时： 15—16ms]
结论：String常量的“+连接” 稍优于 String变量的“+连接”。
原因：测试①的"Heart"+"Raid"在编译阶段就已经连接起来，形成了一个字符串常量"HeartRaid"，并指向堆中的拘留字符串对象。运行时只需要将"HeartRaid"指向的拘留字符串对象地址取出1W次，存放在局部变量str中。这确实不需要什么时间。
测试②中局部变量s1和s2存放的是两个不同的拘留字符串对象的地址。然后会通过下面三个步骤完成“+连接”：
1、StringBuilder temp=new StringBuilder(s1)，
2、temp.append(s2);
3、str=temp.toString();
我们发现，虽然在中间的时候也用到了append()方法，但是在开始和结束的时候分别创建了StringBuilder和String对象。可想而知：调用1W次，是不是就创建了1W次这两种对象呢？不划算。

但是，String变量的"+连接"操作比String常量的"+连接"操作使用的更加广泛。这一点是不言而喻的。

(2)String对象的"累+"连接操作与StringBuffer对象的append()累和连接操作比较。
▲测试①代码： (代码位置1) String s1="Heart";
String s="";
(代码位置2) s=s+s1;
[耗时： 4200—4500ms]

▲测试②代码 (代码位置1) String s1="Heart";
StringBuffer sb=new StringBuffer();
(代码位置2) sb.append(s1);
[耗时： 0ms(当循环100000次的时候，耗时大概16—31ms)]
结论：大量字符串累加时，StringBuffer的append()效率远好于String对象的"累+"连接
原因：测试① 中的s=s+s1，JVM会利用首先创建一个StringBuilder，并利用append方法完成s和s1所指向的字符串对象值的合并操作，接着调用StringBuilder的 toString()方法在堆中创建一个新的String对象，其值为刚才字符串的合并结果。而局部变量s指向了新创建的String对象。

因为String对象中的value[]是不能改变的，每一次合并后字符串值都需要创建一个新的String对象来存放。循环1W次自然需要创建1W个String对象和1W个StringBuilder对象，效率低就可想而知了。
测试②中sb.append(s1);只需要将自己的value[]数组不停的扩大来存放s1即可。循环过程中无需在堆中创建任何新的对象。效率高就不足为奇了。

★ 镜头总结：
(1) 在编译阶段就能够确定的字符串常量，完全没有必要创建String或StringBuffer对象。直接使用字符串常量的"+"连接操作效率最高。
(2) StringBuffer对象的append效率要高于String对象的"+"连接操作。
(3) 不停的创建对象是程序低效的一个重要原因。那么相同的字符串值能否在堆中只创建一个String对象那。显然拘留字符串能够做到这一点，除了程序中的字符串常量会被JVM自动创建拘留字符串之外，调用String的intern()方法也能做到这一点。当调用intern()时，如果常量池中已经有了当前String的值，那么返回这个常量指向拘留对象的地址。如果没有，则将String值加入常量池中，并创建一个新的拘留字符串对象。

String、StringBuffer、StringBuilder

一、Java String 类——String字符串常量

二、StringBuffer 和 StringBuilder 类——StringBuffer、StringBuilder字符串变量

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