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  • 浅谈 Java 字符串

    发布:潍坊达内      来源:潍坊达内      时间:2015-11-08

  • 我们先要记住三者的特征:

    • String 字符串常量

    • StringBuffer 字符串变量(线程安全)

    • StringBuilder 字符串变量(非线程安全)

    一、定义

    浅谈 Java 字符串

    查看 API 会发现,String、StringBuffer、StringBuilder 都实现了 CharSequence 接口,内部都是用一个char数组实现,虽然它们都与字符串相关,但是其处理机制不同。

    • String:是不可改变的量,也就是创建后就不能在修改了。

    • StringBuffer:是一个可变字符串序列,它与 String 一样,在内存中保存的都是一个有序的字符串序列(char 类型的数组),不同点是 StringBuffer 对象的值都是可变的。

    • StringBuilder:与 StringBuffer 类基本相同,都是可变字符换字符串序列,不同点是 StringBuffer 是线程安全的,StringBuilder 是线程不安全的。

    使用场景

    使用 String 类的场景:在字符串不经常变化的场景中可以使用 String 类,例如常量的声明、少量的变量运算。

    使用 StringBuffer 类的场景:在频繁进行字符串运算(如拼接、替换、删除等),并且运行在多线程环境中,则可以考虑使用 StringBuffer,例如 XML 解析、HTTP 参数解析和封装。

    使用 StringBuilder 类的场景:在频繁进行字符串运算(如拼接、替换、和删除等),并且运行在单线程的环境中,则可以考虑使用 StringBuilder,如 SQL 语句的拼装、JSON 封装等。

    分析

    在性能方面,由于 String 类的操作是产生新的 String 对象,而 StringBuilder 和 StringBuffer 只是一个字符数组的扩容而已,所以 String 类的操作要远慢于 StringBuffer 和 StringBuilder。

    简要的说, String 类型和 StringBuffer 类型的主要性能区别其实在于 String 是不可变的对象, 因此在每次对 String 类型进行改变的时候其实都等同于生成了一个新的 String 对象,然后将指针指向新的 String 对象。所以经常改变内容的字符串最好不要用 String ,因为每次生成对象都会对系统性能产生影响,特别当内存中无引用对象多了以后, JVM 的 GC 就会开始工作,那速度是一定会相当慢的。

    而如果是使用 StringBuffer 类则结果就不一样了,每次结果都会对 StringBuffer 对象本身进行操作,而不是生成新的对象,再改变对象引用。所以在一般情况下我们推荐使用 StringBuffer ,特别是字符串对象经常改变的情况下。

    而在某些特别情况下, String 对象的字符串拼接其实是被 JVM 解释成了 StringBuffer 对象的拼接,所以这些时候 String 对象的速度并不会比 StringBuffer 对象慢,而特别是以下的字符串对象生成中, String 效率是远要比 StringBuffer 快的:

    String S1 = “This is only a" + “ simple" + “ test";

    StringBuffer Sb = new StringBuilder(“This is only a").append(“ simple").append(“ test");

    你会很惊讶的发现,生成 String S1 对象的速度简直太快了,而这个时候 StringBuffer 居然速度上根本一点都不占优势。其实这是 JVM 的一个把戏,在 JVM 眼里,这个

    String S1 = “This is only a" + “ simple" + “test";

    其实就是:

    String S1 = “This is only a simple test";

    所以当然不需要太多的时间了。但大家这里要注意的是,如果你的字符串是来自另外的 String 对象的话,速度就没那么快了,譬如:

    String S2 = "This is only a";

    String S3 = "simple";

    String S4 = "test";

    String S1 = S2 +S3 + S4;

    这时候 JVM 会规规矩矩的按照原来的方式去做。

    又及:

    关于 equal 和 ==

    == 用于比较两个对象的时候,是来check 是否两个引用指向了同一块内存。

    图片描述

    这个输出就是false

    这个输出是true

    一个特殊情况 :

    这是因为:

    字符串缓冲池:程序在运行的时候会创建一个字符串缓冲池。

    当使用 String s1 = “xyz”; 这样的表达是创建字符串的时候(非new这种方式),程序首先会在这个 String 缓冲池中寻找相同值的对象,

    在 String str1 = “xyz”; 中,s1 先被放到了池中,所以在 s2 被创建的时候,程序找到了具有相同值的 str1

    并将 s2 引用 s1 所引用的对象 “xyz”

    equals()

    equals() 是object的方法,默认情况下,它与== 一样,比较的地址。

    但是当equal被重载之后,根据设计,equal 会比较对象的value。而这个是java希望有的功能。String 类就重写了这个方法


    结果返回true

    总的说,String 有个特点: 如果程序中有多个String对象,都包含相同的字符串序列,那么这些String对象都映射到同一块内存区域,所以两次new String(“hello”)生成的两个实例,虽然是相互独立的,但是对它们使用hashCode()应该是同样的结果。Note: 字符串数组并非这样,只有String是这样。即hashCode对于String,是基于其内容的。

    public class StringHashCode {

    public static void main(String[] args) {

    \\输出结果相同

    String[] hellos = "Hello Hello".split(" " );

    System.out.println(""+hellos[0].hashCode());

    System.out.println(""+hellos[1].hashCode());

    \\输出结果相同

    String a = new String("hello");

    String b = new String("hello");

    System.out.println(""+a.hashCode());

    System.out.println(""+b.hashCode());

    }

    }

    结论

    String 类是final类,不可以继承。对String类型最好的重用方式是组合 而不是继承。

    String 有length()方法,数组有length属性

    String s = new String(“xyz”); 创建了几个字符串对象?

    两个对象,一个静态存储区“xyz”, 一个用new创建在堆上的对象。

    String 和 StringBuffer,String Builder区别?

    在大部分情况下 StringBuffer > String

    Java.lang.StringBuffer 是线程安全的可变字符序列。一个类似于 String 的字符串缓冲区,但不能修改。虽然在任意时间点上它都包含某种特定的字符序列,但通过某些方法调用可以改变该序列的长度和内容。在程序中可将字符串缓冲区安全地用于多线程。而且在必要时可以对这些方法进行同步,因此任意特定实例上的所有操作就好像是以串行顺序发生的,该顺序与所涉及的每个线程进行的方法调用顺序一致。

    StringBuffer 上的主要操作是 append 和 insert 方法,可重载这些方法,以接受任意类型的数据。每个方法都能有效地将给定的数据转换成字符串,然后将该字符串的字符追加或插入到字符串缓冲区中。append 方法始终将这些字符添加到缓冲区的末端;而 insert 方法则在指定的点添加字符。

    例如,如果 z 引用一个当前内容是 “start”的字符串缓冲区对象,则此方法调用 z.append(“le”) 会使字符串缓冲区包含 “startle”( 累加); 而 z.insert(4, “le”) 将更改字符串缓冲区,使之包含 “starlet”。

    在大部分情况下 StringBuilder > StringBuffer

    java.lang.StringBuilder 一个可变的字符序列是 JAVA 5.0 新增的。此类提供一个与 StringBuffer 兼容的 API,但不保证同步,所以使用场景是单线程。该类被设计用作 StringBuffer 的一个简易替换,用在字符串缓冲区被单个线程使用的时候(这种情况很普遍)。如果可能,建议优先采用该类,因为在大多数实现中,它比 StringBuffer 要快。两者的使用方法基本相同。

    源码

    String,StringBuffer,StringBuilder都实现了CharSequence接口。

    public class StringHashCode {

    public static void main(String[] args) {

    \\输出结果相同

    String[] hellos = "Hello Hello".split(" " );

    System.out.println(""+hellos[0].hashCode());

    System.out.println(""+hellos[1].hashCode());

    \\输出结果相同

    String a = new String("hello");

    String b = new String("hello");

    System.out.println(""+a.hashCode());

    System.out.println(""+b.hashCode());

    }

    }

    String的源码

    public final class String{

    private final char value[]; // used for character storage

    private int the hash; // cache the hash code for the string

    }

    成员变量只有两个:

    final的char类型数组

    int类型的hashcode

    构造函数

    public String()

    public String(String original){

    this.value = original.value;

    this.hash = original.hash;

    }

    public String(char value[]){

    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);

    }

    public String(char value[], int offset, int count){

    // 判断offset,count,offset+count是否越界之后

    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);

    }

    这里用到了一些工具函数

    copyOf(source[],length); 从源数组的0位置拷贝length个;

    这个函数是用System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength))实现的。

    copyOfRange(T[] original, int from, int to)。

    构造函数还可以用StringBuffer/StringBuilder类型初始化String,

    public String(StringBuffer buffer) {

    synchronized(buffer) {

    this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());

    }

    }

    public String(StringBuilder builder) {

    this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());

    }

    除了构造方法,String类的方法有很多,

    length,isEmpty,可以通过操作value.length来实现。

    charAt(int index):

    通过操作value数组得到。注意先判断index的边界条件

    public char charAt(int index) {

    if ((index < 0) || (index >= value.length)) {

    throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);

    }

    return value[index];

    }

    getChars方法

    public void getChars(int srcBegin, int srcEnd,

    char dst[], int dstBegin)

    {

    \\边界检测

    System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);

    }

    equals方法,根据语义相等(内容相等,而非指向同一块内存),重新定义了equals

    public boolean equals(Object anObject) {

    if (this == anObject) {

    return true;

    }

    if (anObject instanceof String) {

    String anotherString = (String)anObject;

    int n = value.length;

    if (n == anotherString.value.length) {

    char v1[] = value;

    char v2[] = anotherString.value;

    int i = 0;

    while (n-- != 0) {

    if (v1[i] != v2[i])

    return false;

    i++;

    }

    return true;

    }

    }

    return false;

    }

    如果比较的双方指向同一块内存,自然相等;(比较==即可)

    如果内容相等,也相等,比较方法如下:

    首先anObject得是String类型(用关键字instanceof)

    然后再比较长度是否相等;

    如果长度相等,则挨个元素进行比较,如果每个都相等,则返回true.

    还有现成安全的与StringBuffer内容比较

    contentEquals(StringBuffer sb),实现是在sb上使用同步。

    compareTo():

    如果A大于B,则返回大于0的数;

    A小于B,则返回小于0的数;

    A=B,则返回0

    public int compareTo(String anotherString) {

    int len1 = value.length;

    int len2 = anotherString.value.length;

    int lim = Math.min(len1, len2);

    char v1[] = value;

    char v2[] = anotherString.value;

    int k = 0;

    while (k < lim) {

    char c1 = v1[k];

    char c2 = v2[k];

    if (c1 != c2) {

    return c1 - c2;

    }

    k++;

    }

    return len1 - len2;

    }

    regionMatches:如果两个字符串的区域都是平等的,

    public boolean regionMatches(int toffset, String other, int ooffset,

    int len)

    {

    //判断边界条件

    while (len-- > 0) {

    if (ta[to++] != pa[po++]) {

    return false;

    }

    }

    }

    public boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toffset,

    String other, int ooffset, int len)

    {

    while (len-- > 0) {

    char c1 = ta[to++];

    char c2 = pa[po++];

    if (c1 == c2) {

    continue;

    }

    if (ignoreCase) {

    // If characters don't match but case may be ignored,

    // try converting both characters to uppercase.

    // If the results match, then the comparison scan should

    // continue.

    char u1 = Character.toUpperCase(c1);

    char u2 = Character.toUpperCase(c2);

    if (u1 == u2) {

    continue;

    }

    // Unfortunately, conversion to uppercase does not work properly

    // for the Georgian alphabet, which has strange rules about case

    // conversion. So we need to make one last check before

    // exiting.

    if (Character.toLowerCase(u1) == Character.toLowerCase(u2)) {

    continue;

    }

    }

    return false;

    }

    return true;

    }

    startsWith(String prefix, int toffset)

    startsWith(String prefix)

    endsWith(String suffix)

    {

    return startsWith(suffix, value.length

    - suffix.value.length);

    }

    substring(int beginIndex,int endIndex)

    除了条件判断:

    return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);

    字符串连接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);

    对于StringBuffer和StringBuilder

    StringBuffer 和 StringBuilder 都是继承于 AbstractStringBuilder, 底层的逻辑(比如append)都包含在这个类中。

    public AbstractStringBuilder append(String str) {

    if (str == null) str = "null";

    int len = str.length();

    ensureCapacityInternal(count + len);//查看使用空间满足,不满足扩展空间

    str.getChars(0, len, value, count);//getChars就是利用native的array copy,性能高效

    count += len;

    return this;

    }

    StringBuffer 底层也是 char[], 数组初始化的时候就定下了大小, 如果不断的 append 肯定有超过数组大小的时候,我们是不是定义一个超大容量的数组,太浪费空间了。就像 ArrayList 的实现,采用动态扩展,每次 append 首先检查容量,容量不够就先扩展,然后复制原数组的内容到扩展以后的数组中。

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