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StringBuilder 比 String 快？空嘴白牙的，证据呢！

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沉淀、分享、成长，让自己和他人都能有所收获！😜

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一、前言
二、面试题
三、StringBuilder 比 String 快吗？
1. StringBuilder 比 String 快，证据呢？
2. StringBuilder 比 String 快，为什么？
四、String 源码分析
1. 初始化
2. 不可变(final)
3. intern()
五、StringBuilder 源码分析
1. 初始化
2. 添加元素
六、StringBuffer 源码分析
七、常用API
八、总结
九、系列推荐

一、前言

聊的是八股的文，干的是搬砖的活！

面我的题开发都用不到，你为什么要问？可能这是大部分程序员求职时的经历，甚至也是大家讨厌和烦躁的点。明明给的是拧螺丝的钱、明明做的是写CRUD的事、明明担的是成工具的人！

「明明... 有很多」，可明明公司不会招5年开发做3年经验的事、明明公司也更喜欢具有附加价值的研发。有些小公司不好说，但在一些互联网大厂中，我们都希望招聘到具有培养价值的，也更喜欢能快速打怪升级的，也更愿意让这样的人承担更大的职责。

「但，你酸了！」 别人看源码你打游戏、别人学算法你刷某音、别人写博客你浪98。所以，没有把时间用到个人成长上，就一直会被别人榨取。

二、面试题

谢飞机，总感觉自己有技术瓶颈、有知识盲区，但是又不知道在哪。所以约面试官聊天，虽然也面不过去！

「面试官」：飞机，你又抱着大脸，来白嫖我了啦？

「谢飞机」：嘿嘿，我需要知识，我渴。

「面试官」：好，那今天聊聊最常用的 String 吧，你怎么初始化一个字符串类型。

「谢飞机」：String str = "abc";

「面试官」：还有吗？

「谢飞机」：还有？啊，这样 String str = new String("abc"); 😄

「面试官」：还有吗？

「谢飞机」：啊！？还有！不知道了！

「面试官」：你不懂 String，你没看过源码。还可以这样；new String(new char[]{'c', 'd'}); 回家再学学吧，下次记得给我买百事，我不喝可口。

三、StringBuilder 比 String 快吗？

1. StringBuilder 比 String 快，证据呢？

老子代码一把梭，总有人絮叨这么搞不好，那 StringBuilder 到底那快了！

1.1 String

long startTime = System.currentTimeMillis();String str = "";for (int i = 0; i < 1000000; i++) {    str += i;}System.out.println("String 耗时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "毫秒");

1.2 StringBuilder

long startTime = System.currentTimeMillis();StringBuilder str = new StringBuilder();for (int i = 0; i < 1000000; i++) {    str.append(i);}System.out.println("StringBuilder 耗时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "毫秒");

1.3 StringBuffer

long startTime = System.currentTimeMillis();StringBuffer str = new StringBuffer();for (int i = 0; i < 1000000; i++) {    str.append(i);}System.out.println("StringBuffer 耗时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "毫秒");

「综上」，分别使用了 String、StringBuilder、StringBuffer，做字符串链接操作(100个、1000个、1万个、10万个、100万个)，记录每种方式的耗时。最终汇总图表如下；

StringBuilder 比 String 快？空嘴白牙的，证据呢！

小傅哥 & 耗时对比

从上图可以得出以下结论；

String 字符串链接是耗时的，尤其数据量大的时候，简直没法使用了。这是做实验，基本也不会有人这么干！
StringBuilder、 StringBuffer，因为没有发生多线程竞争也就没有🔒锁升级，所以两个类耗时几乎相同，当然在单线程下更推荐使用 StringBuilder 。

2. StringBuilder 比 String 快，为什么？

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

这段代码就是三种字符串拼接方式，最慢的一种。不是说这种+加的符号，会被优化成 StringBuilder 吗，那怎么还慢？

确实会被JVM编译期优化，但优化成什么样子了呢，先看下字节码指令；javap -c ApiTest.class

StringBuilder 比 String 快？空嘴白牙的，证据呢！

小傅哥 & 反编译

一看指令码，这不是在循环里(if_icmpgt)给我 new 了 StringBuilder 了吗，怎么还这么慢呢？再仔细看，其实你会发现，这new是在循环里吗呀，我们把这段代码写出来再看看；

String str = "";for (int i = 0; i < 10000; i++) {    str = new StringBuilder().append(str).append(i).toString();}

现在再看这段代码就很清晰了，所有的字符串链接操作，都需要实例化一次StringBuilder，所以非常耗时。「并且你可以验证，这样写代码耗时与字符串直接链接是一样的。」 所以把StringBuilder 提到上一层 for 循环外更快。

四、String 源码分析

public final class String    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {    /** The value is used for character storage. */    private final char value[];    /** Cache the hash code for the string */    private int hash; // Default to 0    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;      ...}

1. 初始化

在与 谢飞机 的面试题中，我们聊到了 String 初始化的问题，按照一般我们应用的频次上，能想到的只有直接赋值，String str = "abc";，但因为 String 的底层数据结构是数组char value[]，所以它的初始化方式也会有很多跟数组相关的，如下；

String str_01 = "abc";System.out.println("默认方式：" + str_01);String str_02 = new String(new char[]{'a', 'b', 'c'});System.out.println("char方式：" + str_02);String str_03 = new String(new int[]{0x61, 0x62, 0x63}, 0, 3);System.out.println("int方式：" + str_03);String str_04 = new String(new byte[]{0x61, 0x62, 0x63});System.out.println("byte方式：" + str_04);

以上这些方式都可以初始化，并且最终的结果是一致的，abc。如果说初始化的方式没用让你感受到它是数据结构，那么str_01.charAt(0);呢，只要你往源码里一点，就会发现它是 O(1) 的时间复杂度从数组中获取元素，所以效率也是非常高，源码如下；

public char charAt(int index) {    if ((index < 0) || (index >= value.length)) {        throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);    }    return value[index];}

2. 不可变(final)

字符串创建后是不可变的，你看到的+加号连接操作，都是创建了新的对象把数据存放过去，通过源码就可以看到；

StringBuilder 比 String 快？空嘴白牙的，证据呢！

小傅哥 & String 不可变

从源码中可以看到，String 的类和用于存放字符串的方法都用了 final 修饰，也就是创建了以后，这些都是不可变的。

「举个例子」

String str_01 = "abc";String str_02 = "abc" + "def";String str_03 = str_01 + "def";

不考虑其他情况，对于程序初始化。以上这些代码 str_01、str_02、str_03，都会初始化几个对象呢？其实这个初始化几个对象从侧面就是反应对象是否可变性。

接下来我们把上面代码反编译，通过指令码看到底创建了几个对象。

「反编译下」

  public void test_00();    Code:       0: ldc           #2                  // String abc       2: astore_1       3: ldc           #3                  // String abcdef       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: ldc           #7                  // String def      19: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;      22: invokevirtual #8                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;      25: astore_3      26: return

str_01 = "abc"，指令码： 0: ldc，创建了一个对象。
str_02 = "abc" + "def"，指令码： 3: ldc // String abcdef，得益于JVM编译期的优化，两个字符串会进行相连，创建一个对象存储。
str_03 = str_01 + "def"，指令码： invokevirtual，这个就不一样了，它需要把两个字符串相连，会创建 StringBuilder对象，直至最后 toString:()操作，共创建了三个对象。

「所以」，我们看到，字符串的创建是不能被修改的，相连操作会创建出新对象。

3. intern()

3.1 经典题目

String str_1 = new String("ab");String str_2 = new String("ab");String str_3 = "ab";System.out.println(str_1 == str_2);System.out.println(str_1 == str_2.intern());System.out.println(str_1.intern() == str_2.intern());System.out.println(str_1 == str_3);System.out.println(str_1.intern() == str_3);

这是一道经典的 String 字符串面试题，乍一看可能还会有点晕。答案如下；

falsefalsetruefalsetrue

3.2 源码分析

看了答案有点感觉了吗，其实可能你了解方法 intern()，这里先看下它的源码；

/** * Returns a canonical representation for the string object. * <p> * A pool of strings, initially empty, is maintained privately by the * class {@code String}. * <p> * When the intern method is invoked, if the pool already contains a * string equal to this {@code String} object as determined by * the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is * returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the * pool and a reference to this {@code String} object is returned. * <p> * It follows that for any two strings {@code s} and {@code t}, * {@code s.intern() == t.intern()} is {@code true} * if and only if {@code s.equals(t)} is {@code true}. * <p> * All literal strings and string-valued constant expressions are * interned. String literals are defined in section 3.10.5 of the * <cite>The Java&trade; Language Specification</cite>. * * @return  a string that has the same contents as this string, but is *          guaranteed to be from a pool of unique strings. */public native String intern();

这段代码和注释什么意思呢？

「native」，说明 intern() 是一个本地方法，底层通过JNI调用C++语言编写的功能。

「\openjdk8\jdk\src\share\native\java\lang\String.c」

Java_java_lang_String_intern(JNIEnv *env, jobject this)  {      return JVM_InternString(env, this);  }  oop result = StringTable::intern(string, CHECK_NULL);oop StringTable::intern(Handle string_or_null, jchar* name,                          int len, TRAPS) {    unsigned int hashValue = java_lang_String::hash_string(name, len);    int index = the_table()->hash_to_index(hashValue);    oop string = the_table()->lookup(index, name, len, hashValue);    if (string != NULL) return string;     return the_table()->basic_add(index, string_or_null, name, len,                                  hashValue, CHECK_NULL);  }

代码块有点长这里只截取了部分内容，源码可以学习开源jdk代码，连接：https://codeload.github.com/abhijangda/OpenJDK8/zip/master
C++这段代码有点像HashMap的哈希桶+链表的数据结构，用来存放字符串，所以如果哈希值冲突严重，就会导致链表过长。这在我们讲解hashMap中已经介绍，可以回看 HashMap源码
StringTable 是一个固定长度的数组 1009 个大小，jdk1.6不可调、jdk1.7可以设置 -XX:StringTableSize，按需调整。

3.3 问题图解

StringBuilder 比 String 快？空嘴白牙的，证据呢！

小傅哥 & 图解true/false

看图说话，如下；

先说 ==，基础类型比对的是值，引用类型比对的是地址。另外，equal 比对的是哈希值。
两个new出来的对象，地址肯定不同，所以是false。
intern()，直接把值推进了常量池，所以两个对象都做了 intern() 操作后，比对是常量池里的值。
str_3 = "ab"，赋值，JVM编译器做了优化，不会重新创建对象，直接引用常量池里的值。所以 str_1.intern() == str_3，比对结果是true。

理解了这个结构，根本不需要死记硬背应对面试，让懂了就是真的懂，大脑也会跟着愉悦。

五、StringBuilder 源码分析

1. 初始化

new StringBuilder();new StringBuilder(16);new StringBuilder("abc");

这几种方式都可以初始化，你可以传一个初始化容量，也可以初始化一个默认的字符串。它的源码如下；

public StringBuilder() {    super(16);}AbstractStringBuilder(int capacity) {    value = new char[capacity];}

定睛一看，这就是在初始化数组呀！那是不操作起来跟使用 ArrayList 似的呀！

2. 添加元素

stringBuilder.append("a");stringBuilder.append("b");stringBuilder.append("c");

添加元素的操作很简单，使用 append 即可，那么它是怎么往数组中存放的呢，需要扩容吗？

2.1 入口方法

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;}

这个是 public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder，的父类与 StringBuffer 共用这个方法。
这里包括了容量检测、元素拷贝、记录 count 数量。

2.2 扩容操作

「ensureCapacityInternal(count + len);」

/** * This method has the same contract as ensureCapacity, but is * never synchronized. */private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {    // overflow-conscious code    if (minimumCapacity - value.length > 0)        expandCapacity(minimumCapacity);}/** * This implements the expansion semantics of ensureCapacity with no * size check or synchronization. */void expandCapacity(int minimumCapacity) {    int newCapacity = value.length * 2 + 2;    if (newCapacity - minimumCapacity < 0)        newCapacity = minimumCapacity;    if (newCapacity < 0) {        if (minimumCapacity < 0) // overflow            throw new OutOfMemoryError();        newCapacity = Integer.MAX_VALUE;    }    value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);}

如上，StringBuilder，就跟操作数组的原理一样，都需要检测容量大小，按需扩容。扩容的容量是 n * 2 + 2，另外把原有元素拷贝到新新数组中。

2.3 填充元素

「str.getChars(0, len, value, count);」

public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {    // ...    System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);}

添加元素的方式是基于 System.arraycopy 拷贝操作进行的，这是一个本地方法。

2.4 toString()

既然 stringBuilder 是数组，那么它是怎么转换成字符串的呢？

stringBuilder.toString();

@Overridepublic String toString() {    // Create a copy, don't share the array    return new String(value, 0, count);}

其实需要用到它是 String 字符串的时候，就是使用 String 的构造函数传递数组进行转换的，这个方法在我们上面讲解 String 的时候已经介绍过。

六、StringBuffer 源码分析

StringBuffer 与 StringBuilder，API的使用和底层实现上基本一致，维度不同的是 StringBuffer 加了 synchronized 🔒锁，所以它是线程安全的。源码如下；

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

那么，synchronized 不是重量级锁吗，JVM对它有什么优化呢？

其实为了减少获得锁与释放锁带来的性能损耗，从而引入了偏向锁、轻量级锁、重量级锁来进行优化，它的进行一个锁升级，如下图(此图引自互联网用户：「韭韭韭韭菜」，画的非常优秀)；

StringBuilder 比 String 快？空嘴白牙的，证据呢！

小傅哥 & 此图引自互联网，画的非常漂亮

从无锁状态开始，当线程进入 synchronized 同步代码块，会检查对象头和栈帧内是否有当前线下ID编号，无则使用 CAS 替换。
解锁时，会使用 CAS 将 Displaced Mark Word 替换回到对象头，如果成功，则表示竞争没有发生，反之则表示当前锁存在竞争锁就会升级成重量级锁。
另外，大多数情况下锁🔒是不发生竞争的，基本由一个线程持有。所以，为了避免获得锁与释放锁带来的性能损耗，所以引入锁升级，升级后不能降级。

七、常用API

序号

方法

描述

str.concat("cde")

字符串连接，替换+号

str.length()

获取长度

isEmpty()

判空

str.charAt(0)

获取指定位置元素

str.codePointAt(0)

获取指定位置元素，并返回ascii码值

str.getBytes()

获取byte[]

str.equals("abc")

比较

str.equalsIgnoreCase("AbC")

忽略大小写，比对

str.startsWith("a")

开始位置值判断

str.endsWith("c")

结尾位置值判断

str.indexOf("b")

判断元素位置，开始位置

str.lastIndexOf("b")

判断元素位置，结尾位置

str.substring(0, 1)

截取

str.split(",")

拆分，可以支持正则

str.replace("a","d")、replaceAll

替换

str.toUpperCase()

转大写

str.toLowerCase()

转小写

str.toCharArray()

转数组

String.format(str, "")

格式化，%s、%c、%b、%d、%x、%o、%f、%a、%e、%g、%h、%%、%n、%tx

str.valueOf("123")

转字符串

trim()

格式化，首尾去空格

str.hashCode()

获取哈希值

八、总结

业精于勤,荒于嬉，你学到的知识不一定只是为了面试准备，还更应该是拓展自己的技术深度和广度。这个过程可能很痛苦，但总得需要某一个烧脑的过程，才让其他更多的知识学起来更加容易。
本文介绍了 String、StringBuilder、StringBuffer，的数据结构和源码分析，更加透彻的理解后，也能更加准确的使用，不会被因为不懂而犯错误。
想把代码写好，至少要有这四面内容，包括；数据结构、算法、源码、设计模式，这四方面在加上业务经验与个人视野，才能真的把一个需求、一个大项目写的具备良好的扩展性和易维护性。