CharBuffer、CharSequence、String、StringBuilder、StringBuffer

关于

在Java中，字符存储相关的类有 String, StringBuffer, StringBuilder, CharBuffer, CharSequence以及可以存储原始数据的 ByteBuffer。

• “CharSequence”：（接口），表示 char 值的一个可读序列，是所有String相关的接口；
  • （此接口对许多不同种类的 char 序列提供统一的只读访问）
  • （“CharBuffer”、“Segment”、“String”、“StringBuffer”、“StringBuilder”，都实现了“CharSequence”接口）
• “String”：不可变字符串类，最方便，效率低；
• “StringBuffer”：线程安全的字符串缓冲，比String功能差，但是快；
• “StringBuilder”：线程不安全的字符串缓冲，与StringBuffer功能相同，但是比StringBuffer更快；

PS：

• “ByteBuffer”：（抽象类，“java.nio”包中）字节缓冲，没有字符集；
• “CharBuffer”：（抽象类，“java.nio”包中）字符缓冲，没有字符串操作功能；

基础接口/抽象类

CharSequence

接口，表示char值的一个可读序列。此接口对不同种类的char序列提供统一的只读访问接口。

• 此接口不修改equals和hashCode方法；
• 实现类：“CharBuffer”、“String”、“StringBuilder”、“StringBuffer”；

package java.lang;

import . . .;

public interface CharSequence {

    // 返回指定索引的 char 值
    int length();
    // 返回此字符序列的长度
    char charAt(int index);
    // 返回一个新的 CharSequence，它是此序列的子序列
    CharSequence subSequence(int start, int end);
    // 返回一个包含此序列中字符的字符串，该字符串与此序列的顺序相同
    public String toString();

    public default IntStream chars() {
        . . .
    }
    public default IntStream codePoints() {
        . . .
    }
}

Appendable

接口，表示可添加char序列和值。

• 实现类：“CharBuffer”、“StringBuffer”、“StringBuilder”、“BufferedWriter”、“CharArrayWriter”、“FileWriter”等；

package java.lang;

import java.io.IOException;

public interface Appendable {

    Appendable append(CharSequence csq) throws IOException;

    Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException;

    Appendable append(char c) throws IOException;
}

AbstractStringBuilder

抽象类，表示可变的字符序列。

• 实现了“CharSequence”和“Appenable”接口；

package java.lang;

import sun.misc.FloatingDecimal;
import java.util.Arrays;

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    char[] value;
    int count;

    . . .

    @Override
    public abstract String toString();

    final char[] getValue() {
        return value;
    }

实用类

String

• 接口实现：
  1. 实现了“CharSequence”接口，为可访问的char序列；
  2. 实现了“Serializable”接口，可以被序列化。
  3. 实现了“Comparable<String>”，支持String之间的相互比较。

• 数据结构：字符数组“char[]”，存储字符的unicode值。
• 不可变：一旦生成，char[]中数据就不可变。即String内容不变。
• 重复利用：当新创建“String test = "abc"”时，JVM会到String常量池查询是否已经存在内容为“abc”的String对象：
  1. 如果已经存在该String，则把test设置为这个对象的引用；
  2. 如果不存在，则新创建一个内容为“abc”的String对象，并加入常量池。

package java.lang;

import . . .;

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {

    private final char value[];
    private int hash; // Default to 0
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
    private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields =
        new ObjectStreamField[0];
   
    . . .
    
    public native String intern();
}

StringBuffer

• 继承自“AbstractStringBuilder”，实现了“Serializable”、“CharSequence”接口；

• 数据结构：使用父类“AbstractStringBuilder”中的字符数组；
• 线程安全：所有的“public”方法都添加了“synchronized”同步锁；
• 仅在“toString()”时生成String对象，且在不修改内容的情况下只生成一次；

package java.lang;

import java.util.Arrays;

public final class StringBuffer
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence
{
    private transient char[] toStringCache;
    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 String toString() {
        if (toStringCache == null) {
            toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
        }
        return new String(toStringCache, true);
    }

StringBuilder

• 继承自“AbstractStringBuilder”，实现了“Serializable”、“CharSequence”接口；

• 数据结构：使用父类“AbstractStringBuilder”中的字符数组；
• 可变；
• 非线程安全；
• 仅在“toString()”时生成String对象；

package java.lang;

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence
{

    static final long serialVersionUID = 4383685877147921099L;

    public StringBuilder() {
        super(16);
    }
    public StringBuilder(int capacity) {
        super(capacity);
    }
    public StringBuilder(String str) {
        super(str.length() + 16);
        append(str);
    }
    public StringBuilder(CharSequence seq) {
        this(seq.length() + 16);
        append(seq);
    }
    
    . . .
    
    @Override
    public String toString() {
        // Create a copy, don't share the array
        return new String(value, 0, count);
    }

• “toString”方法：使用“StringFactory”根据字符数组“char[]”生成一个新的String对象并返回；

整体框架

框架图：

应用：

	可变	线程安全
String	✘	✔
StringBuilder	✔	✘
StringBuffer	✔	✔

• 根据“是否需要内容可变”、“是否在多线程环境使用”，来选择合适的类。
• 关于“String是线程安全的”：

  因为String类、字符数组均被“final”修饰（值不可修改，类不可被继承），即字符串是不可变的，所以是多线程安全的，同一个字符串实例可以被多个线程共享。