【JAVA - 基础】之String存储机制浅析

本文主要解决以下几个问题

• String源码解析？
• String和new String的区别？
• String通过“+”或concat累加时的对象创建机制？
• StringBuilder和StringBuffer？区别和联系？

String源码解析

String类的定义

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { ...... }

通过上面的代码可以得出以下结论：

• String类使用final关键字修饰，表示String类是最终类，不可以被继承；
• String类是CharSequence的一个实现类；
• String类实现了Serializable接口，表示String类可以被序列化；
• String类实现了Comparable接口，表示String类对象之间可以直接进行比较

String#value

/** The value is used for character storage. */
private final char value[];

• String中的value属性用于字符存储；
• String中的value属性使用final关键字修饰，表示value不可变

由于value不可变，因此，String对象具有以下两个特点：

• String对象地址不可变（Immutable）
• String对象是线程同步的（can be shared）

String#concat()

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);
}

不管上面对字符串进行了什么处理，只看最后一行，返回了一个new String，因此，concat()方法实际上是返回了一个新的字符串。也就是说，每次调用concat()方法时，concat()方法中的参数会生成一个新的字符串变量，执行后得到的新字符串又是一个新的字符串变量。使用“+”进行字符串累加时也是一样的机制。

String和new String的区别

Java虚拟机中用于存储的区域分为栈、堆和方法区，方法区中包括另一片区域，称为常量池。String的存储主要涉及到的存储区域就是堆、栈和常量池。

栈中主要存储的是简单类型的变量和引用类型变量的存储地址；堆中存储的是引用类型数据本身；常量池中存储的是常量。

String变量的声明和定义方式有两种：

• String str1 = new String("mystr");
• String str2 = "mystr";

以上两种创建String对象的方式的区别是：

• 运行时机的不同：第一种方式中有new关键字，是在程序运行期间才会执行的；而第二种方式是在编译期间就执行了；
• 创建对象过程的不同：使用第一种方式创建String对象时，首先在堆中创建一个String对象，然后在栈中开辟一片空间，指向堆中的这一片区域，最后去常量池中寻找是否存在这个字符串常量，如果不存在，则在常量池中创建一个；使用第二种方式创建String对象时，会直接去常量池中寻找是否有这个字符串常量，如果有则直接引用到栈中，如果没有则先创建一个再引用到栈中。
• 通过上一点可以得出结论：通过第一种方式创建String对象之后，在堆中、常量池中分别有一个对象，因此是创建了一个或两个对象；通过第二种方式创建String对象之后，在常量池中有一个对象，因此是创建了零个或一个对象；
• 使用第一种方式，栈中的指针指向的是堆中的对象；使用第二种方式，栈中的指针指向的是常量池中的对象

StringBuilder和StringBuffer

前面说到，使用“+”和concat()方法对字符串进行拼接的时候，会创建额外的字符串变量，因此，当我们需要进行字符串拼接的时候，比较提倡的方法是使用StringBuilder或StringBuffer。

StringBuilder和StringBuffer中都提供了append()方法，可以实现字符串的拼接。

public final class StringBuffer
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence

StringBuilder和StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder，其底层依然是一个char数组，但不是final类型的。

// StringBuffer # append()
public synchronized StringBuffer append(CharSequence s) {
    toStringCache = null;
    super.append(s);
    return this;
}

// StringBuilder # append()
public StringBuilder append(CharSequence s) {
    super.append(s);
    return this;
}

从上面的StringBuffer和StringBuilder的append()方法的源码比较中可以发现，两个类中append()方法唯一的区别就是，StringBuffer中的append()方法添加了synchronized关键字，表示这个方法是线程同步的。

通过上面的分析得到结论：StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder是线程不安全的。

由于StringBuilder是线程不安全的，因此StringBuilder处理字符串的性能要比StringBuffer高。