Java面試題：談談String、StringBuffer、StringBuilder的區(qū)別？

文章來源于公眾號：程序新視界 作者：丑胖俠二師兄

關于字符串的面試題除了內存分布、equals 比較，最常見的就是與StringBuffer和StringBuilder之間的區(qū)別了。

如果你回答：String 類是不可變的，StringBuffer和StringBuilder是可變類，StringBuffer是線程安全的，StringBuilder則不是線程安全的。

就上面的總結而言，好像知道的有點少。本篇文章就帶領大家全面的了解一下它們三個的區(qū)別與底層實現。

String字符串的拼接

關于String字符串前面多篇文章已經詳細描述過，它的不可變性也是因為每當通過“+”操作時，都會在內存中生成新的字符串而導致的。

String a = "hello ";
String b = "world!";
String ab = a + b;

針對上述代碼，內存分布圖如下：

其中 a 和 b 初始化時位于字符串常量池，ab 拼接后的對象位于堆中?？梢院苤庇^的看出，經過拼接新生成了String對象。如果拼接多次，那么會生成多個中間對象。

上面的結論在Java8之前是成立的，在Java8時 JDK 對“+”號拼接進行了優(yōu)化，上面所寫的拼接方式會被優(yōu)化為基于StringBuilder的append方法進行處理。

stack=2, locals=4, args_size=1
     0: ldc           #2                  // String hello
     2: astore_1
     3: ldc           #3                  // String world!
     5: astore_2
     6: new           #4                  // class java/lang/StringBuilder
     9: dup
    10: invokespecial #5                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
    13: aload_1
    14: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    17: aload_2
    18: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    21: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
    24: astore_3
    25: return

上面是通過 javap -verbose命令反編譯字節(jié)碼的結果，很顯然可以看到StringBuilder的創(chuàng)建和`append方法的調用。

此時，如果再籠統(tǒng)的回答：通過加號拼接字符串會創(chuàng)建多個String對象，因此性能比StringBuilder差，就是錯誤的了。因為本質上加號拼接的效果最終經過編譯器處理之后和StringBuilder是一致的。

如果你在代碼中使用如下寫法：

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello ");
sb.append("world!");
System.out.println(sb.toString());

編譯器的插件甚至建議你使用String來代替。

StringBuffer與StringBuilder的對比

StringBuffer和StringBuilder實現的核心代碼基本一致，很多代碼都是公用的。這兩個類均繼承自抽象類AbstractStringBuilder。

我們來從構造方法到append方法來逐一看一下它們的區(qū)別。先看StringBuilder的構造方法：

public StringBuilder(String str) {
    super(str.length() + 16);
    append(str);
}

其中super方法便是調用的AbstractStringBuilder的構造方法。對應StringBuffer的構造方法中實現也是如此：

public StringBuffer(String str) {
    super(str.length() + 16);
    append(str);
}

從構造方法來說，StringBuffer和StringBuilder是一樣的。下面再看看append方法，StringBuilder實現如下：

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

StringBuffer對應的方法如下：

@Override
public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}

很顯然，在StringBuffer的append方法實現上除了內部將toStringCache變量賦值為null，唯一的不同就是在方法上使用synchronized進行了同步處理。

toStringCache是用來緩存最后一次調用toString方法時生成的字符串，當StringBuffer內容變動時，該值也會變動。

通過上面的append方法的對比，我們可以很輕易的發(fā)現StringBuffer是線程安全的，StringBuilder是非線程安全的。當然，使用synchronized進行同步處理，性能便會降低很多。

StringBuffer與StringBuilder的底層實現

StringBuffer與StringBuilder都調用了父類的構造方法：

AbstractStringBuilder(int capacity) {
    value = new char[capacity];
}

通過該構造方法我們可以看到它們用來處理字符串信息的關鍵屬性為value。在初始化時先初始化一個長度為傳入字符串長度+16的char[]數組，也就是value值，用來存儲實際的字符串。

在調用父類構造方法之后便是調用各自的append方法（見前面的代碼），而其中的核心處理又的調用父類的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;
}

上述代碼中其中str.getChars方法用來對傳入的str字符串進行拼接，在原有的value數組后面進行填充。而count用來記錄當前value數字中已經使用的長度。

那么，當沒有使用synchronized進行同步操作時，線程不安全發(fā)生在哪里？上面代碼中count+=len并不是原子操作。比如當前count為 5，兩個線程同時執(zhí)行到 ++ 操作，拿到的值都為 5，執(zhí)行完加操作之后賦值給count，兩個線程賦值都為 6，而不是 7。此時便出現了線程不安全的問題。

為什么String要設計成不可變

在 Java 中將String設計成不可變的是綜合考慮到各種因素的結果，有如下原因：

1、字符串常量池的需要，如果字符串可變，改變一個對象會影響到另外一個獨立的對象。不變這也是字符串常量池存在的前提條件。

2、Java 中String對象的哈希碼被頻繁地使用，比如在HashMap等容器中。字符串不變保證了hash碼的唯一性，可以方向緩存并使用。

3、安全性，確保String在當做參數傳遞時保持不變，避免安全隱患。比如在數據庫用戶名、密碼、訪問路徑等傳輸過程中的保持不變，防止改變字符串指向對象的值被改變。

4、由于字符串變量不可變，在多線程中可以被共享使用。

小結

單純的死記硬背面試題我們都會，但要在記憶面試題的過程中了解更多底層實現原理，不僅僅有助于理解“為什么”，同時還能學到更多相關的知識和原理。

在本文中簡化了StringBuilder和StringBuffer內部數據的 copy 、數組擴容等步驟的講解，感興趣的朋友可以繼續(xù)對照源碼進行深入研究。

以上就是W3Cschool編程獅關于Java面試題：談談String、StringBuffer、StringBuilder的區(qū)別？的相關介紹了，希望對大家有所幫助。