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　　全文大約【6000】字，不說廢話，只講可以讓你學到技術、明白原理的純干貨!本文帶有豐富的案例及配圖視頻，讓你更好地理解和運用文中的技術概念，并可以給你帶來具有足夠啟迪的思考......

　　一. 可變字符串

　　1.簡介

　　在Java中，我們除了可以通過String類創建和處理字符串之外，還可以使用StringBuffer和StringBuilder類來處理字符串。其中，String類定義的字符串內容不可變，所以String屬于不可變字符串。而StringBuffer和StringBuilder定義的字符串內容可變，這兩者屬于可變字符串，并且StringBuffer和StringBuilder，對字符串的處理效率比String類更高。

　　2.使用場景

　　有的小伙伴可能還是不太理解，字符串的使用并不是很難，咱們直接使用String來操作就可以了，為什么還要搞出來StringBuffer和StringBuilder這兩個類?這不是找麻煩嗎?其實這都是有原因的!

　　從底層原理來分析，String構建的字符串對象，其內容理論上是不能被改變的。一旦定義了String對象就無法再改變其內容，但很多時候我們還是需要改變字符串的內容的，所以String類就存在一定的短板。

　　另外從應用層面來分析，String字符串的執行效率其實是比較低的。舉個例子，就比如常見的字符串拼接，很多人喜歡使用“+號”來拼接String字符串。其實如果是操作少量的字符串，使用String還湊活，一旦同時操作的字符串過多，String的效率就極低了。小編之前曾做過一個關于10萬個字符串拼接的實驗。同等條件下，利用“+”號進行拼接所需要的時間是29382毫秒，利用StringBuffer所需要的時間只有4毫秒，而StringBuilder所用的時間更是只需2毫秒，這效率真是天差地別!

　　另外我們還可以通過下面這個稍微簡單點的案例，來看看Java底層是如何處理字符串拼接的。　　

String str = "Hello" + "World";
System.out.println("str=" + str);

　　相信很多朋友都會用 “+”號來進行字符串拼接，因為覺得該方式簡單方便，畢竟一 “+” 了事。那么利用 “+”號來拼接字符串是最好的方案嗎?肯定不是的!如果我們使用JAD反編譯工具對上述Java字節碼進行反編譯，你會發現不一樣的結果，上述案例反編譯后得到的JAD文件內容如下所示：　

import java.io.PrintStream;

public class StringTest13
{

    public StringTest13()
    {
    }

    public static void main(String args[])
    {
        String s = "HelloWorld";
        System.out.println((new StringBuilder()).append("str=").append(s).toString());
    }
}

　　從反編譯出來的JAD文件中我們可以看出，Java在編譯的時候會把 “+”號操作符替換成StringBuilder的append()方法。也就是說，“+”號操作符在拼接字符串的時候只是一種形式，讓開發者使用起來比較簡便，代碼看起來比較簡潔，但底層使用的還是StringBuilder操作。

　　既然 “+”號的底層還是利用StringBuilder的append()方法操作，那么我們為什么不直接使用StringBuilder呢?你說對吧?而且當我們需要操作大量的字符串時，更不推薦使用String，比如：　

String str = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    str = str + "," + i;
}

　　上面這段代碼，雖然可以實現字符串的拼接，但是在該循環中，每次循環都會創建一個新的字符串對象，然后扔掉舊的字符串。如果是10000次循環，就會執行10000次這樣的操作。而這些操作中的絕大部分字符串對象都是臨時對象，最終都會被扔掉不用，這就會嚴重地浪費內存，并會嚴重影響GC垃圾回收的效率。

　　為了能提高拼接字符串的效率，Java給我們提供了StringBuffer和StringBuilder，它們都是可變對象，可以預分配緩沖區。當我們往StringBuffer或StringBuilder中新增字符時，不會創建新的臨時對象，可以極大地節省了內存?？梢哉f，好處多多。

　　那么接下來小編就帶領各位來學習StringBuffer、StringBuilder的用法吧。

　　二. StringBuffer

　　1.簡介

　　StringBuffer是一種可變的字符串類，即在創建StringBuffer對象后，我們還可以隨意修改字符串的內容。每個StringBuffer的類對象都能夠存儲指定容量的字符串，如果字符串的長度超過了StringBuffer對象的容量空間，則該對象的容量會自動擴大。

　　另外我們在使用StringBuffer類時，比如每次調用toString()方法，都會直接使用緩存區的toStringCache 值來構造一個字符串，這每次都是對StringBuffer對象本身進行操作，而不會重新生成一個新對象。所以如果我們需要對大量字符串的內容進行修改，小編推薦大家使用StringBuffer。

　　2.基本特性

　　StringBuffer作為一個可變字符串類，具有如下特性：

　　● 具有線程安全性：StringBuffer中的公開方法都由synchronized關鍵字修飾，保證了線程同步;

　　● 帶有緩沖區：StringBuffer每次調用toString()方法時，都會直接使用緩存區的toStringCache值來構造一個字符串;

　　● 內容可變性：StringBuffer中帶有字符串緩沖區，我們可以通過數組的復制來實現內容的修改;

　　● 自帶擴容機制：StringBuffer可以初始化容量，也可以指定容量，當字符串長度超過了指定的容量后，可以通過擴容機制實現長度的變更;

　　● 內容類型多樣性：StringBuffer中可以存儲多種不同類型的數據。

　　了解了StringBuffer的基本特性之后，請大家跟著小編來學習一下StringBuffer的基本用法吧。

　　3.基本用法

　　3.1 常用API方法

　　StringBuffer作為一個字符串操作類，它有以下幾個需要我們掌握的常用API方法，如下所示：

1683285751534.image

1683285782840.image

　　3.2 基本案例

　　知道了這些常用的API方法后，我們再通過一個案例來看看這些方法到底是怎么用的。　　

public class Demo01 {

    public static void main(String[] args) {
        //創建StringBuffer對象
        StringBuffer sb = new StringBuffer("跟一一哥，");

        //在字符串后面追加新的字符串
        sb.append("學Java！");
        System.out.println(sb); 

        //刪除指定位置上的字符串，從指定的下標開始和結束，下標從0開始
        sb.delete(2, 4);
        System.out.println(sb);//"一哥"

        //在指定下標位置上添加指定的字符串
        sb.insert(2, "123");
        System.out.println(sb);//跟一123，學Java！

        //將字符串翻轉
        sb.reverse();
        System.out.println(sb);//！avaJ學，321一跟

        //將StringBuffer轉換成String類型
        String s = sb.toString();
        System.out.println(s);
    }

}

　　3.3 append()用法

　　在以上幾個方法中，小編再重點給大家說一下append()追加方法。該方法的作用是追加內容到當前StringBuffer對象的末尾，類似于字符串的連接。調用該方法以后，StringBuffer對象的內容也會發生改變。使用該方法進行字符串的連接，會比String更加節約內存。我們可以利用append()方法進行動態內容的追加，比如進行數據庫SQL語句的拼接：　　

public class Demo02 {

    public static void main(String[] args) {
        
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        String user = "yyg";
        String pwd = "123";
        
        //實現SQL語句的拼接
        sb.append("select * from userInfo where username=")
        .append(user)
        .append(" and pwd=")
        .append(pwd);

        System.out.println("sql="+sb.toString());
    }

}

　　StringBuffer的用法其實很簡單，和String差不多，大家簡單掌握即可。

　　三. StringBuilder

　　1.簡介

　　要想實現可變字符串的操作，其實還有另一個StringBuilder類，該類是在Java 5中被提出的。它和 StringBuffer的基本用法幾乎是完全一樣的，關于StringBuilder的用法，小編不會講解太多。

　　但StringBuilder和StringBuffer最大的不同在于，StringBuilder的各個方法都不是線程安全的(不能同步訪問)，在多線程時可能存在線程安全問題，但StringBuilder的執行效率卻比StringBuffer快的多。

　　實際上大多數情況下，我們都是在單線程下進行字符串的操作，所以使用StringBuilder并不會產生線程安全問題。所以針對大多數的單線程情況，小編還是建議大家使用StringBuilder，而不是StringBuffer，除非你們的項目對線程安全有著明確的高要求。

　　2.特性

　　StringBuilder作為可變字符串操作類，具有如下特性：

　　● StringBuilder是線程不安全的，但執行效率更快;

　　● 適用于單線程環境下，在字符緩沖區進行大量操作的情況。

　　3.基本用法

　　StringBuilder的API方法和基本用法與StringBuffer一樣，此處略過。

　　四. 擴容機制(重點)

　　擴容機制應該是本篇文章中的一個重難點，所以小編要結合源碼，單獨列出一節給大家仔細分析一下。

　　在常規的用法上面，StringBuffer和StringBuilder基本沒有什么差別。兩者的主要區別在于StringBuffer是線程安全的，但效率低，StringBuilder是線程不安全的，但效率高。不過在擴容機制上，StringBuffer和StringBuilder是一樣的。所以在這里，小編就以StringBuffer為例，只給大家分析一個類即可。

　　1.繼承關系

　　首先我們可以追蹤一下StringBuffer的源碼，看看它繼承自哪個父類。

1683286359177.image

　　從上圖可以看出，StringBuffer和StringBuilder其實都是繼承自AbstractStringBuilder，所以StringBuffer與StringBuilder這兩者可以說是“親兄弟”的關系，它們倆有一個共同的抽象父類AbstractStringBuilder，如下所示：

1683286367098.image

　　2.AbstractStringBuilder抽象父類

　　小編在之前給大家講解抽象類時就跟大家說過，抽象類可以將多個子類個性化的實現，通過抽象方法交由子類來實現;而多個子類共性的方法，可以放在父類中實現。StringBuffer和StringBuilder的共同父類AbstractStringBuilder就是一個抽象類，在這個父類中把StringBuffer和StringBuilder的一些共同內容進行了定義。比如在該類中，就定義了一個定長的字節數組來保存字符串，后面當我們利用append()方法不斷地追加字符串時，如果該字符串的長度超過了這個數組的長度，就會利用數組復制的方式給該數組進行擴容。

1683286377770.image

　　3.容量設置

　　另外小編在前面給大家講解StringBuffer的API方法時，也給大家說過StringBuffer有3個構造方法。而無論是哪個構造方法都可以設置存儲容量，即使是默認的構造方法也會有值為16的存儲容量，如下圖所示：

1683286398374.image

　　4.擴容過程(核心)

　　4.1 StringBuffer#append()方法

　　雖然StringBuffer有默認的容量設置，也有自定義的容量設置，但在實際開發過程中，容量還是有可能不夠用。這時就會根據追加的字符串長度進行動態擴容，那么這個擴容過程到底是怎么樣的呢?其實StringBuffer的擴容需要利用append()方法作為入口，我們先來看看append()方法的源碼，如下所示：

1683286408404.image

　　4.2 AbstractStringBuilder#append()方法

　　在StringBuffer的append()方法中，你會發現實際上真正的實現是通過super關鍵字，在調用父類的append()方法，所以我們繼續往下追蹤，此時進入到AbstractStringBuilder類中的append()方法中，如下圖所示：

1683286415150.image

　　此時我們看到了一個ensureCapacityInternal()方法，從字面意思來理解，該方法是用于確保內部容量。傳遞給該方法的個參數是count+len，也就是原有字符串的長度+新追加的字符串長度，即append后字符串的總長度。

　　4.3 ensureCapacityInternal()方法

　　那么ensureCapacityInternal()接受了新字符串的總長度之后會發生什么變化呢?我們必須進入到ensureCapacityInternal()方法的內部來探究一番，源碼如下：

1683286423503.image

　　在該方法中，我們首先看到了一個二進制位的右移運算。value.length是字符數組的長度，結合coder參數進行右移運算，得到字符串的原有容量。這里的coder參數是一種編碼方式，如果字符串中沒有中文，默認是采用Latin1編碼，如果有中文則會采用UTF-16編碼。因為UTF-16編碼中文時需要兩個字節，也就是說，只要字符串中含有中文，value字節數組中是每兩位對應一個字符。

　　然后會判斷新追加的字符串長度是否超過了value字節數組的長度，如果新字符串的長度大于value字節數組的長度，則說明需要給該字節數組進行擴容。接著就會利用用Arrays.copyOf()方法，將當前數組的值拷貝給newCapacity()個長度的新數組，最后再重新賦值給value字節數組。在擴容的過程中，主要是利用數組復制的方法來實現!

　　4.4 newCapacity()方法

　　其實講到現在，關于StringBuffer的擴容，基本原理小編已經給大家講清楚了，但我們還可以繼續深入看看newCapacity()這個方法的實現過程與返回值，它與數組擴容密切相關。

1683286436047.image

　　該方法的大致作用就是，獲取value數組的原有長度和待追加的新字符串長度，利用ArraysSupport.newLength()方法計算出擴容后新數組的長度length，并最終返回該length。如果length的值等于Integer的最大值，說明我們傳遞過來的字符串太長了，就會直接觸發一個內存溢出的異常。

　　4.5 newLength()方法

　　而ArraysSupport.newLength()方法的內部實現，主要是利用Math.max()方法實現的，如下所示：

1683286477372.image

　　4.6 小結(重點)

　　至此，小編就把StringBuffer的擴容過程給大家分析完畢了，最后，小編再給大家把這個擴容的核心思路總結一下，StringBuffer擴容機制的基本規則如下：

　　● 如果一次追加的字符長度超過了當前設置的容量，則會按照當前容量2+2 進行擴容;

　　● 如果一次追加的長度不僅超過了初始容量，而且按照當前容量2+2 擴容一次還不夠，其容量會直接擴容到與所添加字符串長度相等的長度;

　　● 之后如果還要再追加新的字符內容，依然會按照當前容量*2+2 進行擴容。

　　5. 驗證案例

　　最后為了驗證上述結論是否正確，小編再給大家設計如下案例，供大家思考驗證。　　

public class Demo03 {

    // 擴容機制
    public static void main(String[] args) {
        //無參構造方法，初始容量默認為16
        StringBuffer sb = new StringBuffer();

        //使用StringBuffer的capacity()方法查看其當前容量
        System.out.println("默認初始化容量capacity=" + sb.capacity() + ",默認長度length=" + sb.length());

        //一次追加20個字符，因為超過了初始容量，因此會擴容16*2+2=34
        sb.append("11111111112222222222");
        System.out.println("擴容一次的capacity()=" + sb.capacity() + ",擴容一次后的length=" + sb.length());
        
        StringBuffer sb02 = new StringBuffer();
        //再次添加50個字符，不僅超過了初始容量16，而且按照 當前容量*2+2 進行擴容(34)后，依然存儲不下，
        //則直接將容量擴容到新追加的字符串長度50
        sb02.append("11111111112222222222333333333344444444445555555555");	
        System.out.println("再次擴容后的capacity="+sb02.capacity()+",再次擴容后的長度length():"+sb02.length());

    }

}

　　從上述實驗的執行結果中，你會發現StringBuffer與StringBuilder就是按照上述規則進行擴容的。

　　五. 結語

　　至此，我們就把字符串相關的內容都學習完了，接下來小編就把今天的重點內容給大家總結一下，尤其是String、StringBuffer與StringBuilder的區別有哪些。

　　1.相同點

　　String、StringBuffer、StringBuilder三者共同之處，它們都是final類，不允許被繼承，這樣設計主要是從性能和安全性上考慮的。

　　2.不同點

　　String、StringBuffer、StringBuilder這三個類之間的區別主要體現在3個方面，即運行速度、線程安全、功能、可變性這4個方面。

　　在運行速度方面：三者之間的執行速度由快到慢為：StringBuilder > StringBuffer > String

　　在線程安全方面：StringBuilder是線程不安全的，而StringBuffer是線程安全的。

　　如果一個StringBuffer對象在字符串緩沖區被多個線程使用，StringBuffer中很多方法都帶有synchronized關鍵字，可以保證線程是安全的。但StringBuilder的方法中則沒有該關鍵字，所以不能保證線程安全，有可能在進行線程并發操作時產生一些異常。所以如果要進行多線程環境下的操作，考慮使用StringBuffer;在單線程環境下，建議使用速度StringBuilder。

　　在功能方面：String實現了三個接口，即Serializable、Comparable、CarSequence;

　　StringBuilder和StringBuffer實現了兩個接口，Serializable、CharSequence，相比之下String的實例可以通過compareTo方法進行比較，其他兩個不可以。

　　在可變性方面：String字符串是不可變的，StringBuilder與StringBuffer是可變的。

　　3.最后總結一下

　　String：適用于少量字符串操作的情況;

　　StringBuilder：適用于單線程環境下，在字符緩沖區進行大量操作的情況;

　　StringBuffer：適用多線程環境下，在字符緩沖區進行大量操作的情況;

　　使用場景：當修改字符串的操作比較多時，可以使用StringBuilder或StringBuffer;在要求線程安全的情況下用StringBuffer，在不要求線程安全的情況下用StringBuilder。

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Java StringBuilder與StringBuffer