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前言
相信很多程序员在使用String、StringBuilder和StringBuffer的时候都知道怎么使用，却并不会去看其原理，这里我就整理一下自己的观看心得，如有不足，多多海涵哈！
在学习这三个类之前先认识一下CharSequence接口和Appendable接口：
CharSequence接口，出自于JDK1.4，有如下几个常用的方法：
int length(); 返回字符序列长度
char charAt(int index); 返回字符序列在指定索引处的字符
CharSequence subSequence(int start, int end); 截取字符序列从索引start到end之间的值。包括start不包括end。例如：长度为5的字符序列“12345”，截图0到3的值为“123”，即真正的返回值为索引start到end-1之间的值。
Appendable接口，出自JDK1.5，有如下几个常用方法：
Appendable append(CharSequence csq) throws IOException; 拼接字符序列
Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException; 拼接字符序列指定区间内的字符序列，包括start不包括end。即真正拼接的值为索引start到end-1之间的值。
Appendable append(char c) throws IOException; 拼接字符
概括
String类是耳熟能详的类了，没什么可以介绍了的，只是在这里做一下简单的对比，String类适合很少量的字符串操作，做大量操作时相对其他StringBuilder和StringBuffer消耗时间和内存，而后面两者则都是适合做大量的拼接，截取，替换一类的操作，并且StringBuffer是线程安全的，StringBuilder是不安全的，值得一提的是这两者都继承于AbstractStringBuilder，两者本身并没有做太多的实际性工作，几乎所有的逻辑操作都在父类AbstractStringBuilder中，除了toString，toString是AbstractStringBuilder类的唯一的抽象方法。
StringBuffer类
StringBuffer类，继承AbstractStringBuilder，实现Serializable序列化，操作上是线程安全的，线程安全的原因就是该类进行数据操作的相关方法都加了synchronized关键字，而StringBuilder则都没有加。
toStringCache变量：使用transient修饰，不参与序列化，作为toString方法缓存用
默认构造器：调用父类构造器，传递一个默认的长度值16，父类构造器创建一个长度为16的字符数组；
参数为int的构造器：参数为int的构造器意思是构造一个指定长度的字符数组
参数为String和CharSequence的构造器：会构造一个长度为（16+CharSequence字符长度）或者（16+String字符串长度）的字符数组。然后再拼接一下参数中的字符或者字符串，如果参数为null会抛出空指针异常（NullPointerException）。
length方法：返回实际数据长度
capacity方法：返回父类构造器的字符数组长度
public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder
implements java.io.Serializable, CharSequence{
private transient char[] toStringCache;
/** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
static final long serialVersionUID = 3388685877147921107L;
public StringBuffer() {
super(16);
}
public StringBuffer(int capacity) {
super(capacity);
}
public StringBuffer(String str) {
super(str.length() + 16);
append(str);
}
public StringBuffer(CharSequence seq) {
this(seq.length() + 16);
append(seq);
}
@Override
public synchronized int length() {
return count;
}
@Override
public synchronized int capacity() {
return value.length;
}接下来看一看一些相关操作的方法：
可以看到如拼接，插入，删除，替换之类的操作都是调用父类的方法，并且返回的是调用该方法的类对象，这就表明StringBuffer类在进行数据改变的操作后返回类对象本身，原因就是父类中储存数据的字符数组value没有final所修饰，所以可以做到修改数据而不改变类对象。
而String类中储存数据的字符数组变量value是被final修饰的，也就说明无法对String类对象的值进行直接的修改，所以对其进行数据改变操作的返回值都是new String（XXX）,也就是每个返回值都是一个新的String对象，所以String类不适合大量的数据值改变的操作。
toStringCache变量：只有在调用toString方法的时候给予赋值操作，临时储存数据，然后转换为Sting对象当做返回值。而每次对数据进行改变的时候都会重置变量值，保证每次toString之前该变量都是空。
@Override
public synchronized StringBuffer append(String str) {
toStringCache = null;
super.append(str);
return this;
}
@Override
public synchronized StringBuffer delete(int start, int end) {
toStringCache = null;
super.delete(start, end);
return this;
}
@Override
public synchronized StringBuffer replace(int start, int end, String str) {
toStringCache = null;
super.replace(start, end, str);
return this;
}
@Override
public synchronized StringBuffer insert(int index, char[] str, int offset,
int len)
{
toStringCache = null;
super.insert(index, str, offset, len);
return this;
}
@Override
public int indexOf(String str) {
// Note, synchronization achieved via invocations of other StringBuffer methods
return super.indexOf(str);
}
@Override
public synchronized int indexOf(String str, int fromIndex) {
return super.indexOf(str, fromIndex);
}
@Override
public int lastIndexOf(String str) {
// Note, synchronization achieved via invocations of other StringBuffer methods
return lastIndexOf(str, count);
}
@Override
public synchronized int lastIndexOf(String str, int fromIndex) {
return super.lastIndexOf(str, fromIndex);
}
@Override
public synchronized StringBuffer reverse() {
toStringCache = null;
super.reverse();
return this;
}
@Override
public synchronized String toString() {
if (toStringCache == null) {
toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
}
return new String(toStringCache, true);
}StringBuilder类
StringBuilder类和StringBuffer差不多，少了一个toStringCache变量，所以的操作方法都没有添加sybchronized关键字，所以StringBuilder是线程不安全的类。就不多说了哈(*^▽^*)。
AbstractStringBuilder
AbstractStringBuilder产于JDK1.5，实现Appendable接口和CharSequence接口
该类只能被继承，有两个子类StringBuffer和StringBuilder，会默认调用有参构造器，指定初始化的字符串数据长度
value： 实例化时创建出来的字符数组
count： 实际数据包含的字符的长度
length方法：返回实际数据包含的字符的长度
capacity方法：返回字符数组的大小
代码如下：
abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
char[] value;
int count;
AbstractStringBuilder() {
}
AbstractStringBuilder(int capacity) {
value = new char[capacity];
}
@Override
public int length() {
return count;
}
public int capacity() {
return value.length;
}数据储存空间操作相关方法：
ensureCapacityInternal：每次进行数据改变操作之前都会调用的方法，其意在于确保数组变量value有能力承受接下来的改变，说白了就是对数据操作的之前改变字符数组大小，使其容量能足够接下来的操作使用而不出现错误。
MAX_ARRAY_SIZE：私有静态常量，值为 Integer.MAX_VALUE - 8，按照文档翻译来说，就是字符数组的最大容量，但是却没有达到Integer的最大值，原因是某些JVM虚拟机会在一个数组中保留一些标题词，如果强行尝试区分配超过这个容量的数组可能会导致抛出异常OutOfMemoryError：请求的数组大小超过VM限制。
newCapacity：重新设置字符数组的容量，并作为返回值。参数表示字符数组的最小容量，首先要知道字符串数组初始长度为16，扩容方式为原字符数组长度左移一位后再加2（原字符数组长度乘以2，再加2）。该方法就是比较一次扩容后value长度值newCapacity和参数指定的最小值minCapacity，如果一次扩容满足最小值需求，则使用newCapacity，如果不满于则直接使用minCapacity并且赋值于newCapacity，最后判断minCapacity的大小是否大于0并小于指定的MAX_ARRAY_SIZE的值，如果满足则返回minCapacity的值，如果不满足则表示要求的最小值超过了建议的最大值容量，那将把minCapacity传递给为hugeCapacity方法，并以该方法的返回值作为本方法的返回值，如下。
hugeCapacity：如果参数给定值超过Integer的类型最大值，抛出内存溢出异常，如果小于Integer的最大值，则和AbstractStringBuilder类的建议值对比，哪一个值大，则使用哪一个值作为返回值。
trimToSize：去除多余的数组储存空间，提高空间利用率。比较数组空间value的大小和实际数据count大小，如果实际数据元素小于value，则表示实际数据并未占满分配的空间，调用Arrays.copyOf方法把value中的空间铺满，返回铺满后的value值，
setLength：设置当前序列的长度为指定的参数长度newLength，如果当前序列的长度超出指定长度newLength，就把已有序列的前面长度为newLength的字符拷贝到新字符序列里，多出来的一部分舍弃。如果不超过newLegth，原有数据不变，就把缺少的几个位置的数据设置为空字符。
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minimumCapacity - value.length > 0) {
value = Arrays.copyOf(value,
newCapacity(minimumCapacity));
}
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
private int newCapacity(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int newCapacity = (value.length << 1) + 2;
if (newCapacity - minCapacity < 0) {
newCapacity = minCapacity;
}
return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
? hugeCapacity(minCapacity)
: newCapacity;
}
private int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (Integer.MAX_VALUE - minCapacity < 0) { // overflow
throw new OutOfMemoryError();
}
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE)
? minCapacity : MAX_ARRAY_SIZE;
}
public void trimToSize() {
if (count < value.length) {
value = Arrays.copyOf(value, count);
}
}
public void setLength(int newLength) {
if (newLength < 0)
throw new StringIndexOutOfBoundsException(newLength);
ensureCapacityInternal(newLength);
if (count < newLength) {
Arrays.fill(value, count, newLength, '\0');
}
count = newLength;
}接下来看一下实际的数据操作，这里以最常用的拼接和替换为例：
appendNull：先扩容，然后依次拼接字符n u l l，拼接的同时进行count++；
append：先判断字符串是否为null，如果是执行appendNull，如果不是空，则获取目标对象的长度，然后进行扩容，然后把目标对象拷贝到value的后面。然后更新数据的大小count。返回类对象
replace：先判断一系列索引越界问题，如果都没问题检查end是否超出count，超出了则修改end的值为count，获取目标字符串的长度，计算经过替换后的数据长度。原长度减去要被替换的长度加上要替换成的字符串长度：count-（end-start）+len。计算完成后更新字符数组大小，拷贝字符后更新count的值。返回类对象
private AbstractStringBuilder appendNull() {
int c = count;
ensureCapacityInternal(c + 4);
final char[] value = this.value;
value[c++] = 'n';
value[c++] = 'u';
value[c++] = 'l';
value[c++] = 'l';
count = c;
return this;
}
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;
}
public AbstractStringBuilder replace(int start, int end, String str) {
if (start < 0)
throw new StringIndexOutOfBoundsException(start);
if (start > count)
throw new StringIndexOutOfBoundsException("start > length()");
if (start > end)
throw new StringIndexOutOfBoundsException("start > end");
if (end > count)
end = count;
int len = str.length();
int newCount = count + len - (end - start);
ensureCapacityInternal(newCount);
System.arraycopy(value, end, value, start + len, count - end);
str.getChars(value, start);
count = newCount;
return this;
}
public AbstractStringBuilder delete(int start, int end) {
if (start < 0)
throw new StringIndexOutOfBoundsException(start);
if (end > count)
end = count;
if (start > end)
throw new StringIndexOutOfBoundsException();
int len = end - start;
if (len > 0) {
System.arraycopy(value, start+len, value, start, count-end);
count -= len;
}
return this;
}后话
经过这么多的分析，大家有木有感觉突然明确清晰了很多呢，以后面试了也可以举一反三哦，哈哈，多看看源码其实并不难，相信你也可以的，感谢大家观看我的博客，如有不足欢迎指出，祝大家学习快乐，工作顺利哈
