String、StringBuffer、StringBuilder 有什么区别？

典型回答

  • String 是 Java 语言非常基础和重要的类，提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑。它是
    典型的 Immutable 类，被声明成为 final class，所有属性也都是 final 的，类似拼接、裁剪字符串等动作，都会产生新的 String 对象。
  • StringBuffer 是为解决上面提到拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类。
  • 我们可以用 append 或者 add 方法，把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。
  • StringBuffer 本质是一个线程安全的可修改字符序列，它保证了线程安全，也随之带来了额外的性能开销。
  • 除非有线程安全的需要，不然还是推荐使用它的后继者，也就是 StringBuilder。
  • StringBuilder 是 Java 1.5 中新增的，在能力上和 StringBuffer 没有本质区别，但是它去掉了线程安全的部分，有效减小了开销，是绝大部分情况下进行字符串拼接的首选。

考点分析

  • 几乎所有的应用开发都离不开操作字符串，理解字符串的设计和实现以及相关工具如拼接类的使用，对写出高质量代码是非常有帮助的。
  • 面试官可以从各种不同的角度考察，比如可以：
  • 通过 String 和相关类，考察基本的线程安全设计与实现，各种基础编程实践。
  • 考察 JVM 对象缓存机制的理解以及如何良好地使用。
  • 考察 JVM 优化 Java 代码的一些技巧。
  • String 相关类的演进，比如 Java 9 中实现的巨大变化。

知识扩展

  • 字符串设计和实现考量
  • String 是 Immutable 类的典型实现，原生的保证了基础线程安全，因为你无法对它内部数据进行任何修改，这种便利甚至体现在拷贝构造函数中，由于不可变，Immutable 对象在拷贝时不需要额外复制数据。
  • StringBuffer 的线程安全是通过把各种修改数据的方法都加上 synchronized 关键字实现的，非常直白。
  • 为了实现修改字符序列的目的，StringBuffer 和 StringBuilder 底层都是利用可修改的（char，JDK 9 以后是 byte）数组，二者都继承了 AbstractStringBuilder，里面包含了基本操作，区别仅在于最终的方法是否加了 synchronized。
  • 这个内部数组应该创建成多大的呢？
  • 如果太小，拼接的时候可能要重新创建足够大的数组；
  • 如果太大，又会浪费空间。
  • 目前的实现是，构建时初始字符串长度加 16（这意味着，如果没有构建对象时输入最初的字符串，那么初始值就是 16）。
  • 我们如果确定拼接会发生非常多次，而且大概是可预计的，那么就可以指定合适的大小，避免很多次扩容的开销。
  • 扩容会产生多重开销，因为要抛弃原有数组，创建新的（可以简单认为是倍数）数组，还要进行 arraycopy。
  • 非静态的拼接逻辑在 JDK 8 中会自动被 javac 转换为 StringBuilder 操作；而 Java 9 利用 InvokeDynamic，将字符串拼接的优化与 javac 生成的字节码解耦，假设未来 JVM 增强相关运行时实现，将不需要依赖 javac 的任何修改。

在日常编程中，保证程序的可读性、可维护性，往往比所谓的最优性能更重要，你可以根据实际需求酌情选择具体的编码方式。

  • 字符串缓存
  • 把常见应用进行堆转储（Dump Heap），然后分析对象组成，会发现平均 25% 的对象是字符串，并且其中约半数是重复的。如果能避免创建重复字符串，可以有效降低内存消耗和对象创建开销。
  • String 在 Java 6 以后提供了 intern() 方法，目的是提示 JVM 把相应字符串缓存起来，以备重复使用。
  • 在我们创建字符串对象并调用 intern() 方法的时候，如果已经有缓存的字符串，就会返回缓存里的实例，否则将其缓存起来。
  • 一般来说，JVM 会将所有的类似“abc”这样的文本字符串，或者字符串常量之类缓存起来。
  • Intern 是一种显式地排重机制，但是它也有一定的副作用，因为需要开发者写代码时明确调用，一是不方便，每一个都显式调用是非常麻烦的；另外就是我们很难保证效率，应用开发阶段很难清楚地预计字符串的重复情况，有人认为这是一种污染代码的实践。
  • 在 Oracle JDK 8u20 之后，推出了一个新的特性，也就是 G1 GC 下的字符串排重。它是通过将相同数据的字符串指向同一份数据来做到的，是 JVM 底层的改变，并不需要 Java 类库做什么修改。
  • 在运行时，字符串的一些基础操作会直接利用 JVM 内部的 Intrinsic 机制，往往运行的就是特殊优化的本地代码，而根本就不是 Java 代码生成的字节码。Intrinsic 可以简单理解为，是一种利用 native 方式 hard-coded 的逻辑，算是一种特别的内联，很多优化还是需要直接使用特定的 CPU 指令。