碎碎念
這是一道老生常談的問題了，字符串是不僅是 Java 中非常重要的一個對象，它在其他語言中也存在。比如 C++、Visual Basic、C# 等。字符串使用 String 來表示，字符串一旦被創建出來就不會被修改，當你想修改 StringBuffer 或者是 StringBuilder，出於效率的考量，雖然 String 可以通過 + 來創建多個對象達到字符串拼接的效果，但是這種拼接的效率相比 StringBuffer 和 StringBuilder，那就是心有余而力不足了。本篇文章我們一起來深入了解一下這三個對象。
簡單認識這三個對象
String
String 表示的就是 Java 中的字符串，我們日常開發用到的使用 "" 雙引號包圍的數都是字符串的實例。String 類其實是通過 char 數組來保存字符串的。下面是一個典型的字符串的聲明
String s = "abc";
上面你創建了一個名為 abc 的字符串。
字符串是恆定的，一旦創建出來就不會被修改，怎么理解這句話？我們可以看下 String 源碼的聲明
告訴我你看到了什么？String 對象是由final 修飾的，一旦使用 final 修飾的類不能被繼承、方法不能被重寫、屬性不能被修改。而且 String 不只只有類是 final 的，它其中的方法也是由 final 修飾的，換句話說，Sring 類就是一個典型的 Immutable 類。也由於 String 的不可變性，類似字符串拼接、字符串截取等操作都會產生新的 String 對象。
所以請你告訴我下面
String s1 = "aaa";
String s2 = "bbb" + "ccc";
String s3 = s1 + "bbb";
String s4 = new String("aaa");
分別創建了幾個對象？
- 首先第一個問題，s1 創建了幾個對象。字符串在創建對象時，會在常量池中看有沒有 aaa 這個字符串；如果沒有此時還會在常量池中創建一個；如果有則不創建。我們默認是沒有的情況，所以會創建一個對象。下同。
- 那么 s2 創建了幾個對象呢？是兩個對象還是一個對象？我們可以使用
javap -c看一下反匯編代碼
public class com.sendmessage.api.StringDemo {
public com.sendmessage.api.StringDemo();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // 執行對象的初始化方法
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: ldc #2 // 將 String aaa 執行入棧操作
2: astore_1 # pop出棧引用值，將其（引用）賦值給局部變量表中的變量 s1
3: ldc #3 // String bbbccc
5: astore_2
6: return
}
編譯器做了優化 String s2 = "bbb" + "ccc" 會直接被優化為 bbbccc。也就是直接創建了一個 bbbccc 對象。
javap 是 jdk 自帶的
反匯編工具。它的作用就是根據 class 字節碼文件，反匯編出當前類對應的 code 區（匯編指令）、本地變量表、異常表和代碼行偏移量映射表、常量池等等信息。javap -c 就是對代碼進行反匯編操作。
- 下面來看 s3，s3 創建了幾個對象呢？是一個還是兩個？還是有其他選項？我們使用 javap -c 來看一下
我們可以看到，s3 執行 + 操作會創建一個 StringBuilder 對象然后執行初始化。執行 + 號相當於是執行 new StringBuilder.append() 操作。所以
String s3 = s1 + "bbb";
==
String s3 = new StringBuilder().append(s1).append("bbb").toString();
// Stringbuilder.toString() 方法也會創建一個 String
public String toString() {
// Create a copy, don't share the array
return new String(value, 0, count);
}
所以 s3 執行完成后，相當於創建了 3 個對象。
- 下面來看 s4 創建了幾個對象，在創建這個對象時因為使用了 new 關鍵字，所以肯定會在堆中創建一個對象。然后會在常量池中看有沒有 aaa 這個字符串；如果沒有此時還會在常量池中創建一個；如果有則不創建。所以可能是創建一個或者兩個對象，但是一定存在兩個對象。
說完了 String 對象，我們再來說一下 StringBuilder 和 StringBuffer 對象。
上面的 String 對象竟然和 StringBuilder 產生了千絲萬縷的聯系。不得不說 StringBuilder 是一個牛逼的對象。String 對象底層是使用了 StringBuilder 對象的 append 方法進行字符串拼接的，不由得對 StringBuilder 心生敬意。
不由得我們想要真正認識一下這個 StringBuilder 大佬，但是在認識大佬前，還有一個大 boss 就是 StringBuffer 對象，這也是你不得不跨越的鴻溝。
StringBuffer
StringBuffer 對象 代表一個可變的字符串序列，當一個 StringBuffer 被創建以后，通過 StringBuffer 的一系列方法可以實現字符串的拼接、截取等操作。一旦通過 StringBuffer 生成了最終想要的字符串后，就可以調用其 toString 方法來生成一個新的字符串。例如
StringBuffer b = new StringBuffer("111");
b.append("222");
System.out.println(b);
我們上面提到 + 操作符連接兩個字符串，會自動執行 toString() 方法。那你猜 StringBuffer.append 方法會自動調用嗎？直接看一下反匯編代碼不就完了么？
上圖左邊是手動調用 toString 方法的代碼，右圖是沒有調用 toString 方法的代碼，可以看到，toString() 方法不像 + 一樣自動被調用。
StringBuffer 是線程安全的，我們可以通過它的源碼可以看出
StringBuffer 在字符串拼接上面直接使用 synchronized 關鍵字加鎖，從而保證了線程安全性。
StringBuilder
最后來認識大佬了，StringBuilder 其實是和 StringBuffer 幾乎一樣，只不過 StringBuilder 是非線程安全的。並且，為什么 + 號操作符使用 StringBuilder 作為拼接條件而不是使用 StringBuffer 呢？我猜測原因是加鎖是一個比較耗時的操作，而加鎖會影響性能，所以 String 底層使用 StringBuilder 作為字符串拼接。
深入理解 String、StringBuilder、StringBuffer
我們上面說到，使用 + 連接符時，JVM 會隱式創建 StringBuilder 對象，這種方式在大部分情況下並不會造成效率的損失，不過在進行大量循環拼接字符串時則需要注意。如下這段代碼
String s = "aaaa";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
s += "bbb";
}
這是一段很普通的代碼，只不過對字符串 s 進行了 + 操作，我們通過反編譯代碼來看一下。
// 經過反編譯后
String s = "aaa";
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
s = (new StringBuilder()).append(s).append("bbb").toString();
}
你能看出來需要注意的地方了嗎？在每次進行循環時，都會創建一個 StringBuilder 對象，每次都會把一個新的字符串元素 bbb 拼接到 aaa 的后面，所以，執行幾次后的結果如下
每次都會創建一個 StringBuilder ，並把引用賦給 StringBuilder 對象，因此每個 StringBuilder 對象都是強引用， 這樣在創建完畢后，內存中就會多了很多 StringBuilder 的無用對象。了解更多關於引用的知識，請看
https://mp.weixin.qq.com/s/ZflBpn2TBzTNv_-G-zZxNg
這樣由於大量 StringBuilder 創建在堆內存中，肯定會造成效率的損失，所以在這種情況下建議在循環體外創建一個 StringBuilder 對象調用 append() 方法手動拼接。
例如
StringBuilder builder = new StringBuilder("aaa");
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
builder.append("bbb");
}
builder.toString();
這段代碼中，只會創建一個 builder 對象，每次循環都會使用這個 builder 對象進行拼接，因此提高了拼接效率。
從設計角度理解
我們前面說過，String 類是典型的 Immutable 不可變類實現，保證了線程安全性，所有對 String 字符串的修改都會構造出一個新的 String 對象，由於 String 的不可變性，不可變對象在拷貝時不需要額外的復制數據。
String 在 JDK1.6 之后提供了 intern() 方法，intern 方法是一個 native 方法，它底層由 C/C++ 實現，intern 方法的目的就是為了把字符串緩存起來，在 JDK1.6 中卻不推薦使用 intern 方法，因為 JDK1.6 把方法區放到了永久代（Java 堆的一部分），永久代的空間是有限的，除了 Fullgc 外，其他收集並不會釋放永久代的存儲空間。JDK1.7 將字符串常量池移到了堆內存 中，
下面我們來看一段代碼，來認識一下 intern 方法
public static void main(String[] args) {
String a = new String("ab");
String b = new String("ab");
String c = "ab";
String d = "a";
String e = new String("b");
String f = d + e;
System.out.println(a.intern() == b);
System.out.println(a.intern() == b.intern());
System.out.println(a.intern() == c);
System.out.println(a.intern() == f);
}
上述的執行結果是什么呢？我們先把答案貼出來，以防心急的同學想急於看到結果，他們的答案是
false
true
true
false
和你預想的一樣嗎？為什么會這樣呢？我們先來看一下 intern 方法的官方解釋
這里你需要知道 JVM 的內存模型
虛擬機棧: Java 虛擬機棧是線程私有的數據區，Java 虛擬機棧的生命周期與線程相同，虛擬機棧也是局部變量的存儲位置。方法在執行過程中，會在虛擬機棧種創建一個棧幀(stack frame)。本地方法棧: 本地方法棧也是線程私有的數據區，本地方法棧存儲的區域主要是 Java 中使用native關鍵字修飾的方法所存儲的區域程序計數器：程序計數器也是線程私有的數據區，這部分區域用於存儲線程的指令地址，用於判斷線程的分支、循環、跳轉、異常、線程切換和恢復等功能，這些都通過程序計數器來完成。方法區：方法區是各個線程共享的內存區域，它用於存儲虛擬機加載的 類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。堆： 堆是線程共享的數據區，堆是 JVM 中最大的一塊存儲區域，所有的對象實例都會分配在堆上運行時常量池：運行時常量池又被稱為Runtime Constant Pool，這塊區域是方法區的一部分，它的名字非常有意思，它並不要求常量一定只有在編譯期才能產生，也就是並非編譯期間將常量放在常量池中，運行期間也可以將新的常量放入常量池中，String 的 intern 方法就是一個典型的例子。
在 JDK 1.6 及之前的版本中，常量池是分配在方法區中永久代(Parmanent Generation)內的，而永久代和 Java 堆是兩個完全分開的區域。如果字符串常量池中已經包含一個等於此 String 對象的字符串，則返回常量池中這個字符串的 String 對象；否則，將此 String 對象包含的字符串添加到常量池中，並且返回此 String 對象的引用。
一些人把方法區稱為永久代，這種說法不准確，僅僅是 Hotspot 虛擬機設計團隊選擇使用永久代來實現方法區而已。
從JDK 1.7開始去永久代，字符串常量池已經被轉移至 Java 堆中，開發人員也對 intern 方法做了一些修改。因為字符串常量池和 new 的對象都存於 Java 堆中，為了優化性能和減少內存開銷，當調用 intern 方法時，如果常量池中已經存在該字符串，則返回池中字符串；否則直接存儲堆中的引用，也就是字符串常量池中存儲的是指向堆里的對象。
所以我們對上面的結論進行分析
String a = new String("ab");
String b = new String("ab");
System.out.println(a.intern() == b);
輸出什么？ false，為什么呢？畫一張圖你就明白了（圖畫的有些問題，棧應該是后入先出，所以 b 應該在 a 上面，不過不影響效果）
a.intern 返回的是常量池中的 ab，而 b 是直接返回的是堆中的 ab。地址不一樣，肯定輸出 false
所以第二個
System.out.println(a.intern() == b.intern());
也就沒問題了吧，它們都返回的是字符串常量池中的 ab，地址相同，所以輸出 true
然后來看第三個
System.out.println(a.intern() == c);
圖示如下
a 不會變，因為常量池中已經有了 ab ，所以 c 不會再創建一個 ab 字符串，這是編譯器做的優化，為了提高效率。
下面來看最后一個
System.out.println(a.intern() == f);
String
首先來看一下 String 類在繼承樹的什么位置、實現了什么接口、父類是誰，這是源碼分析的幾大重要因素。
String 沒有繼承任何接口，不過實現了三個接口，分別是 **Serializable、Comparable、CharSequence **接口
- Serializable ：這個序列化接口沒有任何方法和域，僅用於標識序列化的語意。
- Comparable：實現了 Comparable 的接口可用於內部比較兩個對象的大小
- CharSequence：字符串序列接口，CharSequence 是一個可讀的 char 值序列，提供了 length(), charAt(int index), subSequence(int start, int end) 等接口，StringBuilder 和 StringBuffer 也繼承了這個接口
重要屬性
字符串是什么，字！符！串！ 你品，你細品。你會發現它就是一連串字符組成的串。
也就是說
String str = "abc";
// ===
char data[] = {'a', 'b', 'c'};
String str = new String(data);
原來這么回事啊！
所以，String 中有一個用於存儲字符的 char 數組 value[]，這個數組存儲了每個字符。另外一個就是 hash 屬性，它用於緩存字符串的哈希碼。因為 String 經常被用於比較，比如在 HashMap 中。如果每次進行比較都重新計算其 hashcode 的值的話，那無疑是比較麻煩的，而保存一個 hashcode 的緩存無疑能優化這樣的操作。
String 可以通過許多途徑創建，也可以根據 Stringbuffer 和 StringBuilder 進行創建。
畢竟我們本篇文章探討的不是源碼分析的文章，所以涉及到的源碼不會很多。
除此之外，String 還提供了一些其他方法
-
charAt：返回指定位置上字符的值 -
getChars: 復制 String 中的字符到指定的數組 -
equals: 用於判斷 String 對象的值是否相等 -
indexOf: 用於檢索字符串 -
substring: 對字符串進行截取 -
concat: 用於字符串拼接，效率高於 + -
replace：用於字符串替換 -
match：正則表達式的字符串匹配 -
contains: 是否包含指定字符序列 -
split: 字符串分割 -
join: 字符串拼接 -
trim: 去掉多余空格 -
toCharArray: 把 String 對象轉換為字符數組 -
valueOf: 把對象轉換為字符串
StringBuilder
StringBuilder 類表示一個可變的字符序列，我們知道，StringBuilder 是非線程安全的容器，一般適用於單線程場景中的字符串拼接操作，下面我們就來從源碼角度看一下 StringBuilder
首先我們來看一下 StringBuilder 的定義
public final class StringBuilder
extends AbstractStringBuilder
implements java.io.Serializable, CharSequence {...}
StringBuilder 被 final 修飾，表示 StringBuilder 是不可被繼承的，StringBuilder 類繼承於 AbstractStringBuilder類。實際上，AbstractStringBuilder 類具體實現了可變字符序列的一系列操作，比如：append()、insert()、delete()、replace()、charAt() 方法等。
StringBuilder 實現了 2 個接口
- Serializable 序列化接口，表示對象可以被序列化。
- CharSequence 字符序列接口，提供了幾個對字符序列進行只讀訪問的方法，例如 length()、charAt()、subSequence()、toString() 方法等。
StringBuilder 使用 AbstractStringBuilder 類中的兩個變量作為元素
char[] value; // 存儲字符數組
int count; // 字符串使用的計數
StringBuffer
StringBuffer 也是繼承於 AbstractStringBuilder ，使用 value 和 count 分別表示存儲的字符數組和字符串使用的計數，StringBuffer 與 StringBuilder 最大的區別就是 StringBuffer 可以在多線程場景下使用，StringBuffer 內部有大部分方法都加了 synchronized 鎖。在單線程場景下效率比較低，因為有鎖的開銷。
StringBuilder 和 StringBuffer 的擴容問題
我相信這個問題很多同學都沒有注意到吧，其實 StringBuilder 和 StringBuffer 存在擴容問題，先從 StringBuilder 開始看起
首先先注意一下 StringBuilder 的初始容量
public StringBuilder() {
super(16);
}
StringBuilder 的初始容量是 16，當然也可以指定 StringBuilder 的初始容量。
在調用 append 拼接字符串，會調用 AbstractStringBuilder 中的 append 方法
public AbstractStringBuilder append(String str) {
if (str == null)
return appendNull();
int len = str.length();
ensureCapacityInternal(count + len);
str.getChars(0, len, value, count);
count += len;
return this;
}
上面代碼中有一個 ensureCapacityInternal 方法，這個就是擴容方法，我們跟進去看一下
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minimumCapacity - value.length > 0) {
value = Arrays.copyOf(value,
newCapacity(minimumCapacity));
}
}
這個方法會進行判斷，minimumCapacity 就是字符長度 + 要拼接的字符串長度，如果拼接后的字符串要比當前字符長度大的話，會進行數據的復制，真正擴容的方法是在 newCapacity 中
private int newCapacity(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int newCapacity = (value.length << 1) + 2;
if (newCapacity - minCapacity < 0) {
newCapacity = minCapacity;
}
return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
? hugeCapacity(minCapacity)
: newCapacity;
}
擴容后的字符串長度會是原字符串長度增加一倍 + 2，如果擴容后的長度還比拼接后的字符串長度小的話，那就直接擴容到它需要的長度 newCapacity = minCapacity，然后再進行數組的拷貝。
總結
本篇文章主要描述了 String 、StringBuilder 和 StringBuffer 的主要特性，String、StringBuilder 和 StringBuffer 的底層構造是怎樣的，以及 String 常量池的優化、StringBuilder 和 StringBuffer 的擴容特性等。
如果有錯誤的地方，還請大佬們提出寶貴意見。
