java基础之String、StringBuilder、StringBuffer的异同

目录

概述

String为何不可变，StringBuilder和StringBuffer为何可变

StringBuffer为何线程安全的，而StringBuilder为何非线程安全

三者性能分析

使用场景

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概述

String、StringBuilder和StringBuffer都是用来处理字符串的类，底层都是通过char[]数组实现的。(jdk1.8及之前)

String是不可变的(线程安全的)，StringBuilder和StringBuffer是可变的。StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder是非线程安全的。具体如下：

String对象一旦创建，其值是不能修改的，如果要修改，会重新开辟内存空间来存储修改之后的对象；而StringBuffer和StringBuilder对象的值是可以被修改的；

StringBuffer几乎所有的方法都使用synchronized实现了同步，线程比较安全，在多线程系统中可以保证数据同步，但是效率比较低；而StringBuilder 没有实现同步，线程不安全，在多线程系统中不能使用 StringBuilder，但是效率比较高。

如果我们在实际开发过程中需要对字符串进行频繁的修改，不要使用String，否则会造成内存空间的浪费；当需要考虑线程安全的场景下使用 StringBuffer，如果不需要考虑线程安全，追求效率的场景下可以使用 StringBuilder。

下面我们从三个维度：可变性、线程安全性、性能来分析区别。

String为何不可变，StringBuilder和StringBuffer为何可变

String部分源码

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    //。。。。。。。。。。。。。。。。。。
}

String类被声明为final，这意味着它不能被继承。那么他里面的方法就是没办法被覆盖的。
用final修饰字符串内容的char[]?(从JDK 1.9开始，char[]变成了byte[])，由于该数组被声明为final，一旦数组被初始化，就不能再指向其他数组
String类没有提供用于修改字符串内容的公共方法。例如，没有提供用于追加、删除或修改字符的方法。如果需要对字符串进行修改，会创建一个新的String对象。所以说String是不可变的。

与String不同StringBuilder和StringBuffer底层封装的char[]并没有用final修饰，这意味着它是可以修改的。

StringBuilder部分源码

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements Serializable, CharSequence
{
    //。。。。。。。。。。。。。。。。。
}

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;

    //。。。。。。。。。。。。。
}

StringBuffer部分源码

public final class StringBuffer
    extends AbstractStringBuilder
    implements Serializable, CharSequence
{
    //。。。。。。。。。。。。。。。。
}

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;
    //。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
}

StringBuffer为何线程安全的，而StringBuilder为何非线程安全

StringBuffer是线程安全的，它的方法都使用了synchronized关键字进行同步。在每个方法内部，通过加锁（synchronized）来确保在多线程环境下的安全访问。这意味着当一个线程访问StringBuffer的方法时，其他线程需要等待锁释放后才能执行相应的方法。因此，StringBuffer适用于多线程环境下对字符串的修改操作。

    //StringBuffer部分源码
    @Override
    public synchronized StringBuffer append(Object obj) {
        toStringCache = null;
        super.append(String.valueOf(obj));
        return this;
    }

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

而StringBuilder则没有使用synchronized关键字进行同步，它是非线程安全的。这样可以提高性能，因为不需要进行锁的获取和释放操作。但是，在多线程环境下，如果有多个线程同时访问和修改StringBuilder对象，可能会导致数据不一致或出现竞态条件的问题。因此，StringBuilder适用于单线程环境下对字符串的修改操作。

    
    //StringBuilder部分源码
    @Override
    public StringBuilder append(Object obj) {
        return append(String.valueOf(obj));
    }

    @Override
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }

三者性能分析

String：由于String是不可变的，每次对String进行修改操作时，都会创建一个新的String对象。这可能导致频繁的对象创建和垃圾回收，影响性能

StringBuilder：由于StringBuilder是可变的，它使用可变的字符数组存储字符串，不会每次都创建新的对象。在需要频繁进行字符串拼接、替换等操作时，使用StringBuilder可以提高性能

StringBuffer：与StringBuilder类似，StringBuffer也是可变的，但是它是线程安全的。在多线程环境下，由于同步机制的存在，StringBuffer的性能可能会稍低于StringBuilder

使用场景

String：适用于不需要频繁修改字符串内容的场景。由于String是不可变的，每次对String进行拼接、替换或者修改操作时，都会创建一个新的String对象，这样可能会导致频繁的对象创建和垃圾回收，影响性能。因此，如果字符串内容不需要改变，或者只需要读取字符串的值，可以使用String。

1. 对于一些常量字符串或者字面量，例如日志输出时的提示信息、固定格式的输出等，由于它们的值是固定的，不需要做任何修改，因此可以使用String。

2. 在某些业务逻辑中，需要对字符串进行一些操作，但这些操作的结果不会影响原始字符串。例如，从数据库中查询到的数据如果需要展示给用户，通常不会被修改，这种场景下可以使用String。

StringBuilder：适用于单线程环境下需要频繁修改字符串的场景。由于StringBuilder是可变的，它使用可变的字符数组存储字符串，不会每次都创建新的对象。因此，在需要频繁进行字符串拼接、替换等操作时，使用StringBuilder可以提高性能。

1. 在开发Web应用时，需要将多个字符串拼接成一个完整的HTML页面，这种场景下可以使用StringBuilder。

2. 当需要从文件中读取数据，并进行一系列复杂的字符串操作时，可以使用StringBuilder。

StringBuffer：适用于多线程环境下需要频繁修改字符串的场景。与StringBuilder类似，StringBuffer也是可变的，但是它是线程安全的，内部的方法都使用了synchronized关键字进行同步。这意味着在多线程环境下，多个线程可以安全地同时访问和修改StringBuffer对象。因此，如果在多线程环境下需要频繁进行字符串操作，应该使用StringBuffer来确保线程安全。

1. Web服务器需要同时处理多个客户端请求，这种场景下可以使用StringBuffer来确保线程安全。

2. 一个多线程的任务，需要将多个线程的执行结果拼接成一个完整的字符串，可以使用StringBuffer。