浅谈 Java 字符串

我们先要记住三者的特征:

  • String 字符串常量
  • StringBuffer 字符串变量(线程安全)
  • StringBuilder 字符串变量(非线程安全)

一、定义

查看 API 会发现,String、StringBuffer、StringBuilder 都实现了 CharSequence 接口,内部都是用一个char数组实现,虽然它们都与字符串相关,但是其处理机制不同。

  • String:是不可改变的量,也就是创建后就不能在修改了。
  • StringBuffer:是一个可变字符串序列,它与 String 一样,在内存中保存的都是一个有序的字符串序列(char 类型的数组),不同点是 StringBuffer 对象的值都是可变的。
  • StringBuilder:与 StringBuffer 类基本相同,都是可变字符换字符串序列,不同点是 StringBuffer 是线程安全的,StringBuilder 是线程不安全的。

使用场景

使用 String 类的场景:在字符串不经常变化的场景中可以使用 String 类,例如常量的声明、少量的变量运算。

使用 StringBuffer 类的场景:在频繁进行字符串运算(如拼接、替换、删除等),并且运行在多线程环境中,则可以考虑使用 StringBuffer,例如 XML 解析、HTTP 参数解析和封装。

使用 StringBuilder 类的场景:在频繁进行字符串运算(如拼接、替换、和删除等),并且运行在单线程的环境中,则可以考虑使用 StringBuilder,如 SQL 语句的拼装、JSON 封装等。

分析

在性能方面,由于 String 类的操作是产生新的 String 对象,而 StringBuilder 和 StringBuffer 只是一个字符数组的扩容而已,所以 String 类的操作要远慢于 StringBuffer 和 StringBuilder。

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。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

而如果是使用 StringBuffer 类则结果就不一样了,每次结果都会对 StringBuffer 对象本身进行操作,而不是生成新的对象,再改变对象引用。所以在一般情况下我们推荐使用 StringBuffer ,特别是字符串对象经常改变的情况下。

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 StringBuilder(“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。

又及:

关于 equal 和 ==

== 用于比较两个对象的时候,是来check 是否两个引用指向了同一块内存。

图片描述

这个输出就是false
图片描述
这个输出是true
一个特殊情况 :
图片描述
这是因为:
字符串缓冲池:程序在运行的时候会创建一个字符串缓冲池。
当使用 String s1 = “xyz”; 这样的表达是创建字符串的时候(非new这种方式),程序首先会在这个 String 缓冲池中寻找相同值的对象,
在 String str1 = “xyz”; 中,s1 先被放到了池中,所以在 s2 被创建的时候,程序找到了具有相同值的 str1
并将 s2 引用 s1 所引用的对象 “xyz”

equals()

equals() 是object的方法,默认情况下,它与== 一样,比较的地址。
但是当equal被重载之后,根据设计,equal 会比较对象的value。而这个是java希望有的功能。String 类就重写了这个方法
图片描述
结果返回true

总的说,String 有个特点: 如果程序中有多个String对象,都包含相同的字符串序列,那么这些String对象都映射到同一块内存区域,所以两次new String(“hello”)生成的两个实例,虽然是相互独立的,但是对它们使用hashCode()应该是同样的结果。Note: 字符串数组并非这样,只有String是这样。即hashCode对于String,是基于其内容的。

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

结论

String 类是final类,不可以继承。对String类型最好的重用方式是组合 而不是继承。
String 有length()方法,数组有length属性

String s = new String(“xyz”); 创建了几个字符串对象?
两个对象,一个静态存储区“xyz”, 一个用new创建在堆上的对象。

String 和 StringBuffer,String Builder区别?

在大部分情况下 StringBuffer > String

Java.lang.StringBuffer 是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。在程序中可将字符串缓冲区安全地用于多线程。而且在必要时可以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”( 累加); 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 一个可变的字符序列是 JAVA 5.0 新增的。此类提供一个与 StringBuffer 兼容的 API,但不保证同步,所以使用场景是单线程。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。两者的使用方法基本相同。


源码

String,StringBuffer,StringBuilder都实现了CharSequence接口。

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

String的源码

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

成员变量只有两个:
final的char类型数组
int类型的hashcode

构造函数

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){
    // 判断offset,count,offset+count是否越界之后
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}

这里用到了一些工具函数
copyOf(source[],length); 从源数组的0位置拷贝length个;
这个函数是用System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength))实现的。

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

构造函数还可以用StringBuffer/StringBuilder类型初始化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());
    }

除了构造方法,String类的方法有很多,
length,isEmpty,可以通过操作value.length来实现。
charAt(int index):
通过操作value数组得到。注意先判断index的边界条件

 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)
     {
     \\边界检测
     System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
     }

equals方法,根据语义相等(内容相等,而非指向同一块内存),重新定义了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;
    }

如果比较的双方指向同一块内存,自然相等;(比较==即可)
如果内容相等,也相等,比较方法如下:
首先anObject得是String类型(用关键字instanceof)
然后再比较长度是否相等;
如果长度相等,则挨个元素进行比较,如果每个都相等,则返回true.

还有现成安全的与StringBuffer内容比较
contentEquals(StringBuffer sb),实现是在sb上使用同步。

compareTo():
如果A大于B,则返回大于0的数;
A小于B,则返回小于0的数;
A=B,则返回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:如果两个字符串的区域都是平等的,

 public boolean regionMatches(int toffset, String other, int ooffset,
            int len)
   {
    //判断边界条件
            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)
除了条件判断:

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

字符串连接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);

对于StringBuffer和StringBuilder
StringBuffer 和 StringBuilder 都是继承于 AbstractStringBuilder, 底层的逻辑(比如append)都包含在这个类中。

 public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null) str = "null";
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);//查看使用空间满足,不满足扩展空间
        str.getChars(0, len, value, count);//getChars就是利用native的array copy,性能高效
        count += len;
        return this;
    }

StringBuffer 底层也是 char[], 数组初始化的时候就定下了大小, 如果不断的 append 肯定有超过数组大小的时候,我们是不是定义一个超大容量的数组,太浪费空间了。就像 ArrayList 的实现,采用动态扩展,每次 append 首先检查容量,容量不够就先扩展,然后复制原数组的内容到扩展以后的数组中。



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1 条评论

  1. oniong 说道:

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

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