String、StringBuffer、StringBuilder有什么区别?

本文深入探讨Java中String、StringBuffer和StringBuilder的特性和使用场景,分析字符串常量池的优化机制,以及如何选择最适合的字符串类以提升性能。

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String 是 Java 语言非常基础和重要的类,提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑。它是典型的 Immutable(不可变) 类,被声明成为 final class,所有属性也都是 final 的。也由于它的不可变性,类似拼接、裁剪字符串等动作,都会产生新的 String 对象。由于字符串操作的普遍性,所以相关操作的效率往往对应用性能有明显影响。

 

StringBuffer 是为解决上面提到拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类,我们可以用 append 或者 add 方法,把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。StringBuffer 本质是一个线程安全的可修改字符序列,它保证了线程安全,也随之带来了额外的性能开销,所以除非有线程安全的需要,不然还是推荐使用它的后继者,也就是 StringBuilder。

 

StringBuilder 是 Java 1.5 中新增的,在能力上和 StringBuffer 没有本质区别,但是它去掉了线程安全的部分,有效减小了开销,是绝大部分情况下进行字符串拼接的首选。

 

知识拓展:

String是Immutable类型的典型实现,原生的保证了基础线程安全,因为无法对它内部数据进行任何修改

StringBuffer的一些实现细节:StringBuffer的线程安全是通过各种修改数据的方法都加上synchronize关键字来实现的。

StringBuffer和StringBuilder底层都是利用可修改的数组,两者都继承了AbstractStringBuilder,里面包含了基本操作,区别仅在于最终的方法是否加了synchronized。

另外这个内部数组应该创建成多大?太大的时候是浪费空间,太小的话又需要重新创建,所以目前的实现是,构建时初始化字符串长度加16(如果构建对象时没有输入最初的字符串,那么初始值就是16)

如果我们确定拼接会发生很多次,而且大概是可预计的,那我们一定要尽量指定合适的大小,避免多次扩容的开销,因为既要抛弃原来的数组,又要创建新的,还要进行arraycopy操作。

 

2.字符串缓存:

如果我们可以避免创建重复字符串,就可以有效降低内存消耗和对象创建开销。

 

String.intem()方法,可以提示JVM把相应的字符串缓存起来,以备重复使用。用法:在我们创建字符串对象并调用.interm()方法的时候,如果已经有缓存的字符串了,就返回缓存里的实例了,否则就将其缓存起来。这种方法不推荐大量使用,因为

 

总结:

 

在JDK8中,字符串拼接操作会自动被 javac 转换为 StringBuilder 操作。

 

1) String的创建机理

由于String在Java世界中使用过于频繁,Java为了避免在一个系统中产生大量的String对象,引入了字符串常量池。

其运行机制是:创建一个字符串时,首先检查池中是否有值相同的字符串对象,如果有则不需要创建直接从池中刚查找到的对象引用;如果没有则新建字符串对象,返回对象引用,并且将新创建的对象放入池中。但是,通过new方法创建的String对象是不检查字符串池的,而是直接在堆区或栈区创建一个新的对象,也不会把对象放入池中。上述原则只适用于通过直接量给String对象引用赋值的情况。

举例:

String str1 = "123"; //通过直接量赋值方式,放入字符串常量池

String str2 = new String(“123”);//通过new方式赋值方式,不放入字符串常量池

我的理解是 new String 只会在堆中创建对象,并不会把字面量缓存到常量池中,要执行了intren方法,这时才会把字面量缓存到常量池中。

注意:String提供了inter()方法。调用该方法时,如果常量池中包括了一个等于此String对象的字符串(由equals方法确定),则返回池中的字符串。否则,将此String对象添加到池中,并且返回此池中对象的引用。

2) String的特性

[A] 不可变。是指String对象一旦生成,则不能再对它进行改变。不可变的主要作用在于当一个对象需要被多线程共享,并且访问频繁时,可以省略同步和锁等待的时间,从而大幅度提高系统性能。不可变模式是一个可以提高多线程程序的性能,降低多线程程序复杂度的设计模式。

[B] 针对常量池的优化。当2个String对象拥有相同的值时,他们只引用常量池中的同一个拷贝。当同一个字符串反复出现时,这个技术可以大幅度节省内存空间。

2 StringBuffer/StringBuilde

StringBuffer和StringBuilder都实现了AbstractStringBuilder抽象类,拥有几乎一致对外提供的调用接口;其底层在内存中的存储方式与String相同,都是以一个有序的字符序列(char类型的数组)进行存储,不同点是StringBuffer/StringBuilder对象的值是可以改变的,并且值改变以后,对象引用不会发生改变;两者对象在构造过程中,首先按照默认大小申请一个字符数组,由于会不断加入新数据,当超过默认大小后,会创建一个更大的数组,并将原先的数组内容复制过来,再丢弃旧的数组。因此,对于较大对象的扩容会涉及大量的内存复制操作,如果能够预先评估大小,可提升性能。

唯一需要注意的是:StringBuffer是线程安全的,但是StringBuilder是线程不安全的。可参看Java标准类库的源代码,StringBuffer类中方法定义前面都会有synchronize关键字。为此,StringBuffer的性能要远低于StringBuilder

3 应用场景:

[A]在字符串内容不经常发生变化的业务场景优先使用String类。例如:常量声明、少量的字符串拼接操作等。如果有大量的字符串内容拼接,避免使用String与String之间的“+”操作,因为这样会产生大量无用的中间对象,耗费空间且执行效率低下(新建对象、回收对象花费大量时间)。

[B]在频繁进行字符串的运算(如拼接、替换、删除等),并且运行在多线程环境下,建议使用StringBuffer,例如XML解析、HTTP参数解析与封装。

[C]在频繁进行字符串的运算(如拼接、替换、删除等),并且运行在单线程环境下,建议使用StringBuilder,例如SQL语句拼装、JSON封装等。

 

 

 

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