一篇与众不同的 String、StringBuilder 和 StringBuffer 详解(二)

简介: 这是一道老生常谈的问题了,字符串是不仅是 Java 中非常重要的一个对象,它在其他语言中也存在。比如 C++、Visual Basic、C# 等。

理解 String、StringBuilder、StringBuffer


我们上面说到,使用 + 连接符时,JVM 会隐式创建 StringBuilder 对象,这种方式在大部分情况下并不会造成效率的损失,不过在进行大量循环拼接字符串时则需要注意。如下这段代码

String s = "aaaa";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    s += "bbb";
}

这是一段很普通的代码,只不过对字符串 s 进行了 + 操作,我们通过反编译代码来看一下。

// 经过反编译后
String s = "aaa";
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
     s = (new StringBuilder()).append(s).append("bbb").toString();    
}

你能看出来需要注意的地方了吗?在每次进行循环时,都会创建一个 StringBuilder 对象,每次都会把一个新的字符串元素 bbb 拼接到 aaa 的后面,所以,执行几次后的结果如下

微信图片_20220414202058.png

每次都会创建一个 StringBuilder ,并把引用赋给 StringBuilder 对象,因此每个 StringBuilder 对象都是强引用, 这样在创建完毕后,内存中就会多了很多 StringBuilder 的无用对象。了解更多关于引用的知识,请看

小心点,别被当成垃圾回收了。

这样由于大量 StringBuilder 创建在堆内存中,肯定会造成效率的损失,所以在这种情况下建议在循环体外创建一个 StringBuilder 对象调用 append()方法手动拼接。

例如

StringBuilder builder = new StringBuilder("aaa");
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    builder.append("bbb");
}
builder.toString();

这段代码中,只会创建一个 builder 对象,每次循环都会使用这个 builder 对象进行拼接,因此提高了拼接效率。

从设计角度理解

我们前面说过,String 类是典型的 Immutable 不可变类实现,保证了线程安全性,所有对 String 字符串的修改都会构造出一个新的 String 对象,由于 String 的不可变性,不可变对象在拷贝时不需要额外的复制数据。

String 在 JDK1.6 之后提供了 intern() 方法,intern 方法是一个 native 方法,它底层由 C/C++ 实现,intern 方法的目的就是为了把字符串缓存起来,在 JDK1.6 中却不推荐使用 intern 方法,因为 JDK1.6 把方法区放到了永久代(Java 堆的一部分),永久代的空间是有限的,除了 Fullgc 外,其他收集并不会释放永久代的存储空间。JDK1.7 将字符串常量池移到了堆内存 中,

下面我们来看一段代码,来认识一下 intern 方法

public static void main(String[] args) {
  String a = new String("ab");
  String b = new String("ab");
  String c = "ab";
  String d = "a";
  String e = new String("b");
  String f = d + e;
  System.out.println(a.intern() == b);
  System.out.println(a.intern() == b.intern());
  System.out.println(a.intern() == c);
  System.out.println(a.intern() == f);
}

上述的执行结果是什么呢?我们先把答案贴出来,以防心急的同学想急于看到结果,他们的答案是

false true true false

和你预想的一样吗?为什么会这样呢?我们先来看一下 intern 方法的官方解释

微信图片_20220414202107.png

这里你需要知道 JVM 的内存模型

微信图片_20220414202111.png

  • 虚拟机栈 : Java 虚拟机栈是线程私有的数据区,Java 虚拟机栈的生命周期与线程相同,虚拟机栈也是局部变量的存储位置。方法在执行过程中,会在虚拟机栈种创建一个 栈帧(stack frame)
  • 本地方法栈: 本地方法栈也是线程私有的数据区,本地方法栈存储的区域主要是 Java 中使用 native 关键字修饰的方法所存储的区域
  • 程序计数器:程序计数器也是线程私有的数据区,这部分区域用于存储线程的指令地址,用于判断线程的分支、循环、跳转、异常、线程切换和恢复等功能,这些都通过程序计数器来完成。
  • 方法区:方法区是各个线程共享的内存区域,它用于存储虚拟机加载的 类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  • :堆是线程共享的数据区,堆是 JVM 中最大的一块存储区域,所有的对象实例都会分配在堆上
  • 运行时常量池:运行时常量池又被称为 Runtime Constant Pool,这块区域是方法区的一部分,它的名字非常有意思,它并不要求常量一定只有在编译期才能产生,也就是并非编译期间将常量放在常量池中,运行期间也可以将新的常量放入常量池中,String 的 intern 方法就是一个典型的例子。

在 JDK 1.6 及之前的版本中,常量池是分配在方法区中永久代(Parmanent Generation)内的,而永久代和 Java 堆是两个完全分开的区域。如果字符串常量池中已经包含一个等于此 String 对象的字符串,则返回常量池中这个字符串的 String 对象;否则,将此 String 对象包含的字符串添加到常量池中,并且返回此 String 对象的引用。

一些人把方法区称为永久代,这种说法不准确,仅仅是 Hotspot 虚拟机设计团队选择使用永久代来实现方法区而已。

从JDK 1.7开始去永久代,字符串常量池已经被转移至 Java 堆中,开发人员也对 intern 方法做了一些修改。因为字符串常量池和 new 的对象都存于 Java 堆中,为了优化性能和减少内存开销,当调用 intern 方法时,如果常量池中已经存在该字符串,则返回池中字符串;否则直接存储堆中的引用,也就是字符串常量池中存储的是指向堆里的对象。

所以我们对上面的结论进行分析

String a = new String("ab");
String b = new String("ab");
System.out.println(a.intern() == b);

输出什么?false,为什么呢?画一张图你就明白了(图画的有些问题,栈应该是后入先出,所以 b 应该在 a 上面,不过不影响效果)

微信图片_20220414202116.png

a.intern 返回的是常量池中的 ab,而 b 是直接返回的是堆中的 ab。地址不一样,肯定输出 false

所以第二个

System.out.println(a.intern() == b.intern());

也就没问题了吧,它们都返回的是字符串常量池中的 ab,地址相同,所以输出 true

微信图片_20220414202119.png

然后来看第三个

System.out.println(a.intern() == c);

图示如下

微信图片_20220414202123.png

a 不会变,因为常量池中已经有了 ab ,所以 c 不会再创建一个 ab 字符串,这是编译器做的优化,为了提高效率。

下面来看最后一个

System.out.println(a.intern() == f);

微信图片_20220414202125.png

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