String、StringBuilder和StringBuffer

字符串拼接源码分析

String

方式一：“+”运算符

    String a = "qsy";
    String b = a + "isA";   //a = "qsy" ; b = "qsyisA"

方式二：concat方法

    String a = "qsy";
    String b = a.concat("isA"); //a = "qsy" ; b = "qsyisA"

“+”运算符和concat()方法无法在原字符串基础上进行更改，需生成新的字符串。

以下为 String.java 部分源码：

    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    public String() {
        this.value = "".value;
    }

    public String(String original) {
        this.value = original.value;
        this.hash = original.hash;
    }

    public String 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);
    }

可以知道String内部是使用字符数组 char value[]储存，concat()方法每次调用生成一个新的 char buf[] 和String对象。

StringBuilder

    StringBuilder a = new StringBuilder("qsy");
    StringBuilder b = a.append("isA");  //a = "qsyisA" ; b = "qsyisA"

append()方法可以直接在原字符串基础上进行更改。

以下为 StringBuilder 部分源码：

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence{
    
...
    
    public StringBuilder(String str) {
        super(str.length() + 16);
        append(str);
    }
   
    @Override
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }
    
...
}

append()方法在其父类AbstractStringBuilder中实现：

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence{
    
...
    
    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;
    
    /**
     * The count is the number of characters used.
     */
    int count;
    
    public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null)
            return appendNull();
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);    //确保内部容量足够
        str.getChars(0, len, value, count);     //复制字符数组
        count += len;
        return this;
    }
    
    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0) {
            value = Arrays.copyOf(value,
                    newCapacity(minimumCapacity));
        }
    }
    
    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;
    }
    
...
    
}

ensureCapacityInternal()方法是给数组 char[] value重新分配足够的空间并将原value中的内容复制过去。

append()方法在调用ensureCapacityInternal()之后使用String.getChar()方法将str中的内容添加在value中。

其中，getChar()方法源码如下：

//String.java
public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {
    if (srcBegin < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);
    }
    if (srcEnd > value.length) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);
    }
    if (srcBegin > srcEnd) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd - srcBegin);
    }
    System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
}

//System.java
public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

System类的arraycopy使用native关键字，底层调用了C/C++的数组复制方法。

StringBuffer类

//StringBuffer.java
    @Override
    public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }

    @Override
    public synchronized String toString() {
        if (toStringCache == null) {
            toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
        }
        return new String(toStringCache, true);
    }

//AbstractStringBuilder.java
    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;
    }

源码其实与StringBuilder相差无几,都继承 AbstractStringBuilder 类，但在每个方法前加了synchronized关键字用来保证线程安全。还有一个toStringCache字段作为缓存，缓存在每次该对象被修改时清空，每次调用toString()方法时会重新更新缓存，便于在对象没有修改时直接输出，稍微平衡了一下加入线程安全机制损失的性能。

总结

其实三个类拼接时都是通过先申请一个新的大小char数组，再将两个字符串内部的char数组往新数组里复制得到。只是StringBuilder、StringBuffer在得到结果后赋值给自己，而String则只是通过函数的return返回。