理解java String,深入解析StringBuffer和StringBuilder的区别
要理解 java中String的运作方式,必须明确一点:String是一个非可变类(immutable)。什么是非可变类呢?简单说来,非可变类的实例是不能被修改的,每个实例中包含的信息都必须在该实例创建的时候就提供出来,并且在对象的整个生存周期内固定不变。java为什么要把String设计为非可变类呢?你可以问问 james Gosling :)。但是非可变类确实有着自身的优势,如状态单一,对象简单,便于维护。其次,该类对象对象本质上是线程安全的,不要求同步。此外用户可以共享非可变对象,甚至可以共享它们的内部信息。(详见 《Effective java》item 13)。String类在java中被大量运用,甚至在class文件中都有其身影,因此将其设计为简单轻便的非可变类是比较合适的。
一、创建。
好了,知道String是非可变类以后,我们可以进一步了解String的构造方式了。创建一个Stirng对象,主要就有以下两种方式:
String str1 = new String("abc"); Stirng str2 = "abc";
虽然两个语句都是返回一个String对象的引用,但是jvm对两者的处理方式是不一样的。对于第一种,jvm会马上在heap中创建一个String对象,然后将该对象的引用返回给用户。对于第二种,jvm首先会在内部维护的strings pool中通过String的 equels 方法查找是对象池中是否存放有该String对象,如果有,则返回已有的String对象给用户,而不会在heap中重新创建一个新的String对象;如果对象池中没有该String对象,jvm则在heap中创建新的String对象,将其引用返回给用户,同时将该引用添加至strings pool中。注意:使用第一种方法创建对象时,jvm是不会主动把该对象放到strings pool里面的,除非程序调用 String的intern方法。看下面的例子:
String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上创建一个String对象 //jvm 在strings pool中找不到值为“abc”的字符串,因此 //在堆上创建一个String对象,并将该对象的引用加入至strings pool中 //此时堆上有两个String对象 Stirng str2 = "abc"; if(str1 == str2){ System.out.println("str1 == str2"); }else{ System.out.println("str1 != str2"); } //打印结果是 str1 != str2,因为它们是堆上两个不同的对象 String str3 = "abc"; //此时,jvm发现strings pool中已有“abc”对象了,因为“abc”equels “abc” //因此直接返回str2指向的对象给str3,也就是说str2和str3是指向同一个对象的引用 if(str2 == str3){ System.out.println("str2 == str3"); }else{ System.out.println("str2 != str3"); } //打印结果为 str2 == str3
再看下面的例子:
String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上创建一个String对象 str1 = str1.intern(); //程序显式将str1放到strings pool中,intern运行过程是这样的:首先查看strings pool //有没“abc”对象的引用,没有,则在堆中新建一个对象,然后将新对象的引用加入至 //strings pool中。执行完该语句后,str1原来指向的String对象已经成为垃圾对象了,随时会 //被GC收集。 //此时,jvm发现strings pool中已有“abc”对象了,因为“abc”equels “abc” //因此直接返回str1指向的对象给str2,也就是说str2和str1引用着同一个对象, //此时,堆上的有效对象只有一个。 Stirng str2 = "abc"; if(str1 == str2){ System.out.println("str1 == str2"); }else{ System.out.println("str1 != str2"); } //打印结果是 str1 == str2
为什么jvm可以这样处理String对象呢?就是因为String的非可变性。既然所引用的对象一旦创建就永不更改,那么多个引用共用一个对象时互不影响。
二、串接(Concatenation)。
java程序员应该都知道滥用String的串接操作符是会影响程序的性能的。性能问题从何而来呢?归根结底就是String类的非可变性。既然String对象都是非可变的,也就是对象一旦创建了就不能够改变其内在状态了,但是串接操作明显是要增长字符串的,也就是要改变String的内部状态,两者出现了矛盾。怎么办呢?要维护String的非可变性,只好在串接完成后新建一个String 对象来表示新产生的字符串了。也就是说,每一次执行串接操作都会导致新对象的产生,如果串接操作执行很频繁,就会导致大量对象的创建,性能问题也就随之而来了。
为了解决这个问题,jdk为String类提供了一个可变的配套类,StringBuffer。使用StringBuffer对象,由于该类是可变的,串接时仅仅时改变了内部数据结构,而不会创建新的对象,因此性能上有很大的提高。针对单线程,jdk 5.0还提供了StringBuilder类,在单线程环境下,由于不用考虑同步问题,使用该类使性能得到进一步的提高。
三、String的长度
我们可以使用串接操作符得到一个长度更长的字符串,那么,String对象最多能容纳多少字符呢?查看String的源代码我们可以得知类String中是使用域 count 来记录对象字符的数量,而count 的类型为 int,因此,我们可以推测最长的长度为 2^32,也就是4G。
不过,我们在编写源代码的时候,如果使用 Sting str = "aaaa";的形式定义一个字符串,那么双引号里面的ASCII字符最多只能有 65534 个。为什么呢?因为在class文件的规范中, CONSTANT_Utf8_info表中使用一个16位的无符号整数来记录字符串的长度的,最多能表示 65536个字节,而java class 文件是使用一种变体UTF-8格式来存放字符的,null值使用两个字节来表示,因此只剩下 65536- 2 = 65534个字节。也正是变体UTF-8的原因,如果字符串中含有中文等非ASCII字符,那么双引号中字符的数量会更少(一个中文字符占用三个字节)。如果超出这个数量,在编译的时候编译器会报错。
四、String、StringBuilder和StringBuffer的区别
1、三者在执行速度方面的比较:StringBuilder > StringBuffer > String
2、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StringBuffer和StringBuilder是字符串变量
- 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)
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,也就是说在大部分情况下 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。
何时用StringBuffer、StringBuilder:
StringBuilder一般使用在方法内部来完成类似"+"功能,因为是线程不安全的,所以用完以后可以丢弃.StringBuffer要用在全局变量中。
对于三者使用的总结:
1.如果要操作少量的数据用 ---String
2.单线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 ---StringBuilder
3.多线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 ---StringBuffer