淺談 Java 字符串

jopen 9年前發布 | 29K 次閱讀 Java Java開發

原文出處：飄過的小牛

我們先要記住三者的特征：

String 字符串常量

StringBuffer 字符串變量（線程安全）

StringBuilder 字符串變量（非線程安全）

一、定義

查看 API 會發現，String、StringBuffer、StringBuilder 都實現了 CharSequence 接口，內部都是用一個char數組實現，雖然它們都與字符串相關，但是其處理機制不同。

String：是不可改變的量，也就是創建后就不能在修改了。
StringBuffer：是一個可變字符串序列，它與 String 一樣，在內存中保存的都是一個有序的字符串序列（char 類型的數組），不同點是 StringBuffer 對象的值都是可變的。
StringBuilder：與 StringBuffer 類基本相同，都是可變字符換字符串序列，不同點是 StringBuffer 是線程安全的，StringBuilder 是線程不安全的。

使用場景

使用 String 類的場景：在字符串不經常變化的場景中可以使用 String 類，例如常量的聲明、少量的變量運算。

使用 StringBuffer 類的場景：在頻繁進行字符串運算（如拼接、替換、刪除等），并且運行在多線程環境中，則可以考慮使用 StringBuffer，例如 XML 解析、HTTP 參數解析和封裝。

使用 StringBuilder 類的場景：在頻繁進行字符串運算（如拼接、替換、和刪除等），并且運行在單線程的環境中，則可以考慮使用 StringBuilder，如 SQL 語句的拼裝、JSON 封裝等。

分析

在性能方面，由于 String 類的操作是產生新的 String 對象，而 StringBuilder 和 StringBuffer 只是一個字符數組的擴容而已，所以 String 類的操作要遠慢于 StringBuffer 和 StringBuilder。

簡要的說， String 類型和 StringBuffer 類型的主要性能區別其實在于 String 是不可變的對象, 因此在每次對 String 類型進行改變的時候其實都等同于生成了一個新的 String 對象，然后將指針指向新的 String 對象。所以經常改變內容的字符串最好不要用 String ，因為每次生成對象都會對系統性能產生影響，特別當內存中無引用對象多了以后，JVM 的 GC 就會開始工作，那速度是一定會相當慢的。

而如果是使用 StringBuffer 類則結果就不一樣了，每次結果都會對 StringBuffer 對象本身進行操作，而不是生成新的對象，再改變對象引用。所以在一般情況下我們推薦使用 StringBuffer ，特別是字符串對象經常改變的情況下。

而在某些特別情況下， String 對象的字符串拼接其實是被 JVM 解釋成了 StringBuffer 對象的拼接，所以這些時候 String 對象的速度并不會比 StringBuffer 對象慢，而特別是以下的字符串對象生成中， String 效率是遠要比 StringBuffer 快的：

String S1 = “This is only a" + “ simple" + “ test";
StringBuffer Sb = new StringBuilder(“This is only a").append(“ simple").append(“ test");

你會很驚訝的發現，生成 String S1 對象的速度簡直太快了，而這個時候 StringBuffer 居然速度上根本一點都不占優勢。其實這是 JVM 的一個把戲，在 JVM 眼里，這個

String S1 = “This is only a" + “ simple" + “test";

其實就是：

String S1 = “This is only a simple test";

所以當然不需要太多的時間了。但大家這里要注意的是，如果你的字符串是來自另外的 String 對象的話，速度就沒那么快了，譬如：

String S2 = "This is only a";
String S3 = "simple";
String S4 = "test";
String S1 = S2 +S3 + S4;

這時候 JVM 會規規矩矩的按照原來的方式去做。

又及：

關于 equal 和 ==

== 用于比較兩個對象的時候，是來check 是否兩個引用指向了同一塊內存。

圖片描述

這個輸出就是false
圖片描述
這個輸出是true
一個特殊情況：

這是因為：
字符串緩沖池：程序在運行的時候會創建一個字符串緩沖池。
當使用 String s1 = “xyz”; 這樣的表達是創建字符串的時候（非new這種方式），程序首先會在這個 String 緩沖池中尋找相同值的對象，
在 String str1 = “xyz”; 中，s1 先被放到了池中，所以在 s2 被創建的時候，程序找到了具有相同值的 str1
并將 s2 引用 s1 所引用的對象 “xyz”

equals()

equals() 是object的方法，默認情況下，它與== 一樣，比較的地址。
但是當equal被重載之后，根據設計，equal 會比較對象的value。而這個是java希望有的功能。String 類就重寫了這個方法
圖片描述
結果返回true

總的說，String 有個特點：如果程序中有多個String對象，都包含相同的字符串序列，那么這些String對象都映射到同一塊內存區域，所以兩次new String(“hello”)生成的兩個實例，雖然是相互獨立的，但是對它們使用hashCode()應該是同樣的結果。Note: 字符串數組并非這樣，只有String是這樣。即hashCode對于String，是基于其內容的。

public class StringHashCode {
       public static void main(String[] args) {
            \\輸出結果相同
            String[] hellos = "Hello Hello".split(" " );
            System.out.println(""+hellos[0].hashCode());
            System.out.println(""+hellos[1].hashCode());
            \\輸出結果相同
            String a = new String("hello");
            String b = new String("hello");
            System.out.println(""+a.hashCode());
            System.out.println(""+b.hashCode());
      }
}

結論

String 類是final類，不可以繼承。對String類型最好的重用方式是組合而不是繼承。
String 有length（）方法，數組有length屬性

String s = new String(“xyz”); 創建了幾個字符串對象？
兩個對象，一個靜態存儲區“xyz”, 一個用new創建在堆上的對象。

String 和 StringBuffer,String Builder區別？

在大部分情況下StringBuffer > String

Java.lang.StringBuffer 是線程安全的可變字符序列。一個類似于 String 的字符串緩沖區，但不能修改。雖然在任意時間點上它都包含某種特定的字符序列，但通過某些方法調用可以改變該序列的長度和內容。在程序中可將字符串緩沖區安全地用于多線程。而且在必要時可以對這些方法進行同步，因此任意特定實例上的所有操作就好像是以串行順序發生的，該順序與所涉及的每個線程進行的方法調用順序一致。

StringBuffer 上的主要操作是 append 和 insert 方法，可重載這些方法，以接受任意類型的數據。每個方法都能有效地將給定的數據轉換成字符串，然后將該字符串的字符追加或插入到字符串緩沖區中。append 方法始終將這些字符添加到緩沖區的末端；而 insert 方法則在指定的點添加字符。

例如，如果 z 引用一個當前內容是 “start”的字符串緩沖區對象，則此方法調用 z.append(“le”) 會使字符串緩沖區包含 “startle”( 累加); 而 z.insert(4, “le”) 將更改字符串緩沖區，使之包含 “starlet”。

在大部分情況下StringBuilder > StringBuffer

java.lang.StringBuilder 一個可變的字符序列是 JAVA 5.0 新增的。此類提供一個與 StringBuffer 兼容的 API，但不保證同步，所以使用場景是單線程。該類被設計用作 StringBuffer 的一個簡易替換，用在字符串緩沖區被單個線程使用的時候（這種情況很普遍）。如果可能，建議優先采用該類，因為在大多數實現中，它比 StringBuffer 要快。兩者的使用方法基本相同。

源碼

String,StringBuffer,StringBuilder都實現了CharSequence接口。

public class StringHashCode {
       public static void main(String[] args) {
            \\輸出結果相同
            String[] hellos = "Hello Hello".split(" " );
            System.out.println(""+hellos[0].hashCode());
            System.out.println(""+hellos[1].hashCode());
            \\輸出結果相同
            String a = new String("hello");
            String b = new String("hello");
            System.out.println(""+a.hashCode());
            System.out.println(""+b.hashCode());
      }
}

String的源碼

public final class String{
    private final char value[]; // used for character storage
    private int the hash; // cache the hash code for the string
}

成員變量只有兩個：
final的char類型數組
int類型的hashcode

構造函數

public String()
public String(String original){
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}
public String(char value[]){
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
public String(char value[], int offset, int count){
    // 判斷offset，count,offset+count是否越界之后
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}

這里用到了一些工具函數
copyOf(source[],length);從源數組的0位置拷貝length個；
這個函數是用System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength))實現的。

copyOfRange(T[] original, int from, int to)。

構造函數還可以用StringBuffer/StringBuilder類型初始化String,

 public String(StringBuffer buffer) {
        synchronized(buffer) {
            this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
        }
    }
   public String(StringBuilder builder) {
        this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
    }

除了構造方法，String類的方法有很多，
length,isEmpty,可以通過操作value.length來實現。
charAt(int index):
通過操作value數組得到。注意先判斷index的邊界條件

 public char charAt(int index) {
        if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        return value[index];
    }

getChars方法

public void getChars(int srcBegin, int srcEnd,
     char dst[], int dstBegin)
     {
     \\邊界檢測
     System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
     }

equals方法，根據語義相等（內容相等，而非指向同一塊內存），重新定義了equals

 public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

如果比較的雙方指向同一塊內存，自然相等；（比較==即可）
如果內容相等，也相等，比較方法如下：
首先anObject得是String類型（用關鍵字instanceof）
然后再比較長度是否相等；
如果長度相等，則挨個元素進行比較，如果每個都相等，則返回true.

還有現成安全的與StringBuffer內容比較
contentEquals(StringBuffer sb),實現是在sb上使用同步。

compareTo（）:
如果A大于B，則返回大于0的數；
A小于B，則返回小于0的數；
A=B，則返回0

 public int compareTo(String anotherString) {
        int len1 = value.length;
        int len2 = anotherString.value.length;
        int lim = Math.min(len1, len2);
        char v1[] = value;
        char v2[] = anotherString.value;

        int k = 0;
        while (k < lim) {
            char c1 = v1[k];
            char c2 = v2[k];
            if (c1 != c2) {
                return c1 - c2;
            }
            k++;
        }
        return len1 - len2;
    }

regionMatches:如果兩個字符串的區域都是平等的，

 public boolean regionMatches(int toffset, String other, int ooffset,
            int len)
   {
    //判斷邊界條件
            while (len-- > 0) {
            if (ta[to++] != pa[po++]) {
                return false;
            }
        }
            }
 public boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toffset,
            String other, int ooffset, int len) 
{    
    while (len-- > 0) {
            char c1 = ta[to++];
            char c2 = pa[po++];
            if (c1 == c2) {
                continue;
            }
            if (ignoreCase) {
                // If characters don't match but case may be ignored,
                // try converting both characters to uppercase.
                // If the results match, then the comparison scan should
                // continue.
                char u1 = Character.toUpperCase(c1);
                char u2 = Character.toUpperCase(c2);
                if (u1 == u2) {
                    continue;
                }
                // Unfortunately, conversion to uppercase does not work properly
                // for the Georgian alphabet, which has strange rules about case
                // conversion.  So we need to make one last check before
                // exiting.
                if (Character.toLowerCase(u1) == Character.toLowerCase(u2)) {
                    continue;
                }
            }
            return false;
        }
        return true;
}

startsWith(String prefix, int toffset)
startsWith(String prefix)
endsWith(String suffix)

{
    return startsWith(suffix, value.length 
    - suffix.value.length);
    }

substring(int beginIndex,int endIndex)
除了條件判斷：

return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);

字符串連接concat(String str)

 int otherLen = str.length();
        if (otherLen == 0) {
            return this;
        }
        int len = value.length;
        char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
        str.getChars(buf, len);
        return new String(buf, true);

對于StringBuffer和StringBuilder
StringBuffer 和 StringBuilder 都是繼承于 AbstractStringBuilder, 底層的邏輯（比如append）都包含在這個類中。

 public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null) str = "null";
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);//查看使用空間滿足，不滿足擴展空間
        str.getChars(0, len, value, count);//getChars就是利用native的array copy,性能高效
        count += len;
        return this;
    }

StringBuffer 底層也是 char[], 數組初始化的時候就定下了大小, 如果不斷的 append 肯定有超過數組大小的時候，我們是不是定義一個超大容量的數組，太浪費空間了。就像 ArrayList 的實現，采用動態擴展，每次 append 首先檢查容量，容量不夠就先擴展，然后復制原數組的內容到擴展以后的數組中。

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