String这个类是Java中使用得最频繁的类之一，并且又是各大公司面试喜欢问到的地方。今天我们就来讲解一下。

本文测试中JDK版本是：1.7

1、先看下String类

String源码如下：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
	
	......
}

从String的部分源码我们可以看出：

1、String类是final类，也即意味着String类不能被继承，并且它的成员方法都默认为final方法。在Java中，被final修饰的类是不允许被继承的，并且该类中的成员方法都默认为final方法。

2、String类其实是通过char数组来保存字符串的。

我们再来看下String类的部分方法：

public String substring(int beginIndex) {
   if (beginIndex < 0) {
       throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
   }
   int subLen = value.length - beginIndex;
   if (subLen < 0) {
       throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
   }
   return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}

public String 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);
}

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar != newChar) {
        int len = value.length;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */

        while (++i < len) {
            if (val[i] == oldChar) {
                break;
            }
        }
        if (i < len) {
            char buf[] = new char[len];
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                buf[j] = val[j];
            }
            while (i < len) {
                char c = val[i];
                buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                i++;
            }
            return new String(buf, true);
        }
    }
    return this;
}

从上面的三个方法可以看出，无论是substring、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的，而是重新生成了一个新的字符串对象。也就是说进行这些操作后，最原始的字符串并没有改变。

注：“对String对象的任何改变都不会影响到原对象，相关的任何change操作都会生成新的对象”。

2、探秘String、StringBuffer、StringBuilder的不同

看下面这段代码：

package com.test.string;

public class Test {
	
	public static void main(String[] args) {
        String str1 = "hello world";
        String str2 = new String("hello world");
        String str3 = "hello world";
        String str4 = new String("hello world");
         
        System.out.println(str1==str2);
        System.out.println(str1==str3);
        System.out.println(str2==str4);
    }
	
}

运行结果为：

false
true
false

上述代码中，String str1 = “hello world”;和String str3 = “hello world”; 都在编译期间生成了字面常量和符号引用，运行期间字面常量"hello world"被存储在运行时常量池（当然只保存了一份）。通过这种方式来将String对象跟引用绑定的话，JVM执行引擎会先在运行时常量池查找是否存在相同的字面常量，如果存在，则直接将引用指向已经存在的字面常量；否则在运行时常量池开辟一个空间来存储该字面常量，并将引用指向该字面常量。

我们知道，通过new关键字来生成对象是在堆区进行的，而在堆区进行对象生成的过程是不会去检测该对象是否已经存在的。因此通过new来创建对象，创建出的一定是不同的对象，即使字符串的内容是相同的。

既然在Java中已经存在了String类，那为什么还需要StringBuilder和StringBuffer类呢？

那么看下面这段代码：

package com.test.string;

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		String s = "";
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			s += "hello";
		}
	}

}

这句 s+= “hello”;的过程相当于将原有的s变量指向的对象内容取出与"hello"字符串做相加操作再存进另一个新的String对象当中，再让s变量指向新生成的对象。我们可以反编译其字节码文件看一下：

反编译字节码文件得到的信息中我们可以看出：从第8行开始到第34行是整个循环的执行过程，并且每次循环会new出一个StringBuilder对象，然后进行append操作，最后通过toString方法返回String对象。也就是说这个循环执行完毕new出了100个对象，试想一下，如果这些对象没有被回收，会造成多大的内存资源浪费。

从上面还可以看出：s+="hello"的操作事实上会自动被JVM优化成：

StringBuilder str = new StringBuilder(s);

str.append(“hello”);

s = str.toString();

再看下面这段代码：

package com.test.string;

public class Test {
	
	public static void main(String[] args) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        for(int i=0;i<100;i++){
            stringBuilder.append("hello");
        }
    }
	
}

反编译字节码文件得到如下信息：　

从这里可以明显看出，这段代码的for循环式从13行开始到26行结束，并且new操作只进行了一次，也就是说只生成了一个对象，append操作是在原有对象的基础上进行的。这段代码所消耗的资源要比上面小得多。

那么有人会问既然有了StringBuilder类，为什么还需要StringBuffer类？查看源代码便一目了然，事实上，StringBuilder和StringBuffer类拥有的成员属性以及成员方法基本相同，区别是StringBuffer类的成员方法前面多了一个关键字：synchronized，不用多说，这个关键字是在多线程访问时起到安全保护作用的,也就是说StringBuffer是线程安全的。

下面摘了2段代码分别来自StringBuffer和StringBuilder，append方法的具体实现：

public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

public synchronized StringBuffer append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

3、String、StringBuffer、StringBuilder的性能测试

做个测试，代码如下：

package com.test.string;

public class Test {

	private static final int num = 50000;

	public static void main(String[] args) {
		testString();
		testStringBuffer();
		testStringBuilder();
		testString1();
		testString2();
	}

	public static void testString() {
		String s = "";
		long st = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < num; i++) {
			s += "java";
		}
		System.out.println("操作" + s.getClass().getName() + "类型使用的时间为："
				+ (System.currentTimeMillis() - st) + "毫秒");
	}

	public static void testStringBuffer() {
		StringBuffer sb = new StringBuffer();
		long st = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < num; i++) {
			sb.append("java");
		}
		System.out.println("操作" + sb.getClass().getName() + "类型使用的时间为："
				+ (System.currentTimeMillis() - st) + "毫秒");
	}

	public static void testStringBuilder() {
		StringBuilder sb = new StringBuilder();
		long st = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < num; i++) {
			sb.append("java");
		}
		System.out.println("操作" + sb.getClass().getName() + "类型使用的时间为："
				+ (System.currentTimeMillis() - st) + "毫秒");
	}

	public static void testString1() {
		long st = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < num; i++) {
			String s = "I" + "love" + "java";
		}
		System.out.println("字符串直接相加操作：" + (System.currentTimeMillis() - st) + "毫秒");
	}

	public static void testString2() {
		String s1 = "I";
		String s2 = "love";
		String s3 = "java";
		long st = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < num; i++) {
			String s = s1 + s2 + s3;
		}
		System.out.println("字符串间接相加操作：" + (System.currentTimeMillis() - st) + "毫秒");
	}

}

运行结果：

操作java.lang.String类型使用的时间为：4757毫秒
操作java.lang.StringBuffer类型使用的时间为：6毫秒
操作java.lang.StringBuilder类型使用的时间为：4毫秒
字符串直接相加操作：1毫秒
字符串间接相加操作：12毫秒

从运行结果我们可以看到：

1、对于直接相加字符串，效率很高，因为在编译期间便确定了它的值，也就是说形如"I"+“love”+“java”; 的字符串相加，在编译期间便被优化成了"Ilovejava"。这个可以用javap -c命令反编译生成的class文件进行验证。

对于间接相加（即包含字符串引用），形如s1+s2+s3; 效率要比直接相加低，因为在编译器不会对引用变量进行优化。

2、String、StringBuilder、StringBuffer三者的执行效率：

StringBuilder > StringBuffer > String

当然这个是相对的，不一定在所有情况下都是这样。比如String str = “hello”+ "world"的效率就比 StringBuilder st = new StringBuilder().append(“hello”).append(“world”)要高。

因此，这三个类是各有利弊，应当根据不同的情况来进行选择使用：

当字符串相加操作或者改动较少的情况下，建议使用 String str="hello"这种形式；

当字符串相加操作较多的情况下，建议使用StringBuilder，如果采用了多线程，则使用StringBuffer。

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