String、StringBuffer与StringBuilder的区别

本文详细比较了String、StringBuffer与StringBuilder三种字符串操作方式的性能特点及适用场景,指导开发者如何选择最合适的字符串处理类。

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String 字符串常量

StringBuffer 字符串变量(线程安全)

StringBuilder 字符串变量(非线程安全)

总结 
 (1.如果要操作少量的数据用 = String 
 (2.单线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 = StringBuilder 
 (3.多线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 = StringBuffer 

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字符串连接操作中StringBuffer的效率要比String:

1. String对象内容是不可改变的,StringBuffer是可以改变的,StringBuffer高效;

 

2.   String a = "123";

     a = a + "456";

上面两句,虽然a的值最终改变了,但是实际上在编译的时候,第一句a是一个对象,被分配了一个地址,第二句执行时,原来的a被释放,然后重新分配。原本指向一 String object instance ("123"), a + "456" 会造出另一新的 String object instance ("123456"), 然后 再指向这新的 String instance.

 

3. StringBuffer b = new StringBuffer("asd");

  b.append("fgh");

  在这个过程中,只存在b这么一个对象,一直都指向一个 StringBuffer instance. append 也只是改变此 instance 的內容而已.

 

4. 

String s = "Hello";  

String b = "world";

     String s = s + b;

    在用String类对象直接+操作时,JVM会创建一个临时的StringBuffer类对象,并调用其append()方法完成字符串的拼接,这是因为String类是不可变的,拼接操作不得不使用StringBuffer类(并且--JVM会将"Hello"" world!"创建为两个新的String对象)。之后,再将这个临时StringBuffer对象转型为一个String,代价不菲!可见,在这一个简单的一次拼接过程中,我们让程序创建了四个对象:两个待拼接的String"Hello"" world!"),一个临时StringBuffer,和最后将StringBuffer转型成为的String"Hello world!")--它当然不是最初的s"Hello")了,这个引用的名称没变,但它指向了新的String对象。

    简要的说, String 类型和 StringBuffer 类型的主要性能区别其实在于 String 是不可变的对象因此在每次对 String 类型进行改变的时候其实都等同于生成了一个新的 String 对象,然后将指针指向新的 String 对象.可以想象,当我们的字符串要被循环拼接若干段时,用String类直接操作会带来多少额外的系统开销,生成多少无用的临时StringBuffer对象,并处理多少次无谓的强制类型转换哪!所以经常改变内容的字符串最好不要用 String ,因为每次生成对象都会对系统性能产生影响,特别当内存中无引用对象多了以后, JVM 的 GC 就会开始工作,那速度是一定会相当慢的。

 

StringBuffer 字符串变量(线程安全)

    而如果是使用 StringBuffer 类则结果就不一样了,每次结果都会对 StringBuffer 对象本身进行操作,而不是生成新的对象,再改变对象引用。所以在一般情况下我们推荐使用 StringBuffer ,特别是字符串对象经常改变的情况下。而在某些特别情况下, String 对象的字符串拼接其实是被 JVM 解释成了 StringBuffer 对象的拼接,所以这些时候 String 对象的速度并不会比 StringBuffer 对象慢,而特别是以下的字符串对象生成中, String 效率是远要比 StringBuffer 快的:

 String S1 = This is only a” “ simple” “ test;

 StringBuffer Sb = new StringBuilder(This is only a).append(simple).append(test);

  你会很惊讶的发现,生成 String S1 对象的速度简直太快了,而这个时候 StringBuffer 居然速度上根本一点都不占优势。其实这是 JVM 的一个把戏,在 JVM 眼里,这个

 String S1 = This is only a” “ simple” test其实就是:

 String S1 = This is only a simple test所以当然不需要太多的时间了。但大家这里要注意的是,如果你的字符串是来自另外的 String 对象的话,速度就没那么快了,譬如:

String S2 = This is only a;

String S3 = “ simple;

String S4 = “ test;

String S1 = S2 +S3 + S4;

这时候 JVM 会规规矩矩的按照原来的方式去做,在大部分情况下 StringBuffer > String

 

StringBuffer

Java.lang.StringBuffer线程安全的可变字符序列。一个类似于 String 的字符串缓冲区,但不能修改。虽然在任意时间点上它都包含某种特定的字符序列,但通过某些方法调用可以改变该序列的长度和内容。

可将字符串缓冲区安全地用于多个线程。可以在必要时对这些方法进行同步,因此任意特定实例上的所有操作就好像是以串行顺序发生的,该顺序与所涉及的每个线程进行的方法调用顺序一致。

StringBuffer 上的主要操作是 append 和 insert 方法,可重载这些方法,以接受任意类型的数据。每个方法都能有效地将给定的数据转换成字符串,然后将该字符串的字符追加或插入到字符串缓冲区中。append 方法始终将这些字符添加到缓冲区的末端;而 insert 方法则在指定的点添加字符。

例如,如果 引用一个当前内容是“start”的字符串缓冲区对象,则此方法调用 z.append("le") 会使字符串缓冲区包含“startle”,而 z.insert(4, "le") 将更改字符串缓冲区,使之包含“starlet”。

 

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StringBuilder 字符串变量(非线程安全)

在大部分情况下 StringBuilder > StringBuffer

java.lang.StringBuilde

J2SE 5.0提供java.lang.StringBuilder类,使用这个类所产生的对象默认会有16个字符的长度,您也可以自行指定初始长度。如果附加的字符超出可容纳的长度,则StringBuilder对象会自动增加长度以容纳被附加的字符。如果有频繁作字符串附加的需求,使用StringBuilder会让程序的效率大大提高。

使用StringBuilder最后若要输出字符串结果,可以用toString()方法。可以使用length()方法得知目前对象中的字符长度,而capacity()可返回该对象目前可容纳的字符容量。另外,StringBuilder还有像insert()方法是则在指定的点添加字符,如果该位置以后有字符,则将所有的字符往后移;append 方法始终将这些字符添加到生成器的末端;deleteChar()方法可以删除指定位置的字符,而reserve()方法可以反转字符串。详细的使用可以查询java.lang.StringBuilderAPI文件说明。

每个字符串缓冲区都有一定的容量。只要字符串缓冲区所包含的字符序列的长度没有超出此容量,就无需分配新的内部缓冲区数组。如果内部缓冲区溢出,则此容量自动增大。从 JDK 5 开始,为该类补充了一个单个线程使用的等价类,即 StringBuilder。与该类相比,通常应该优先使用 StringBuilder 类,因为它支持所有相同的操作,但由于它不执行同步,所以速度更快。

 

java.lang.StringBuilder一个可变的字符序列是5.0新增的。在J2SE 5.0之前的版本若有相同的需求,则使用java.lang.StringBuffer。事实上,StringBuilder被设计为与StringBuffer具有相同的操作接口。在单机非多线程(Multithread)的情况下使用StringBuilder会有较好的效率,因为StringBuilder没有处理同步(Synchronized)问题。StringBuffer则会处理同步问题,如果StringBuilder会在多线程下被操作,则要改用StringBuffer,让对象自行管理同步问题。该类被设计用作 StringBuffer 的一个简易替换,用在字符串缓冲区被单个线程使用的时候(这种情况很普遍)。如果可能,建议优先采用该类,因为在大多数实现中,它比 StringBuffer 要快。两者的方法基本相同。

通过非官方试验测试,StringBuilderStringBuffer的测试总结如下:

1.  为了获得更好的性能,在构造 StirngBuffer 或 StirngBuilder 时应尽可能指定它的容量。当然,如果你操作的字符串长度不超过 16 个字符就不用了。

2.  相同情况下使用 StirngBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升,但却要冒多线程不安全的风险。而在现实的模块化编程中,负责某一模块的程序员不一定能清晰地判断该模块是否会放入多线程的环境中运行,因此:除非你能确定你的系统的瓶颈是在 StringBuffer 上,并且确定你的模块不会运行在多线程模式下,否则还是用 StringBuffer 吧 J

3.  用好现有的类比引入新的类更重要。很多程序员在使用 StringBuffer 时是不指定其容量的(至少我见到的情况是这样),如果这样的习惯带入 StringBuilder 的使用中,你将只能获得 10 %左右的性能提升(不要忘了,你可要冒多线程的风险噢);但如果你使用指定容量的 StringBuffer ,你将马上获得 45% 左右的性能提升,甚至比不使用指定容量的 StirngBuilder 都快 30% 左右。

在 Java 中,`String`, `StringBuilder` `StringBuffer` 是处理字符串的三个常用类。它们各有特点,适用于不同的应用场景。下面是关于这三个类的主要区别的详细介绍: ### 1. **不可变性 vs 可变性** - **String** - 特点:`String` 类的对象是**不可变**的(immutable),即每次对 `String` 对象的操作都会创建新的对象。 - 示例: ```java String str = "Hello"; str += " World"; // 实际上生成了一个新对象:"Hello World" ``` - **StringBuilder & StringBuffer** - 特点:这两个类都是**可变**的(mutable),可以在原对象基础上直接修改内容而不必每次都新建对象。 - 这使得频繁操作字符串时效率更高。 ### 2. **线程安全** - **String** - 线程安全否并不适用,因为它本身就是不可变的,所以不用担心多线程环境下的同步问题。 - **StringBuffer** - 提供了内置的线程安全保障机制,所有的方法都被 synchronized 关键字修饰,因此它是线程安全的。 - 因此,在多线程环境中使用更为合适,但由于锁机制的存在,性能相对较低。 - **StringBuilder** - 没有提供任何形式的线程安全性措施,所以在单线程环境下运行速度更快。 - 单线程或不需要考虑并发的情况下推荐优先选择 `StringBuilder`。 ### 3. **性能对比** 由于 `StringBuffer` 的所有方法都带有同步控制,所以在高频率更新字符串的情景下,它的开销比 `StringBuilder` 要大得多。相比之下,`StringBuilder` 更加高效,但在需要保证线程安全的地方就不如前者。 #### 性能测试示例: ```java public class PerformanceTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long start; StringBuilder sb = new StringBuilder(); start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 50000; ++i) sb.append("a"); System.out.println("Time taken by StringBuilder: " + (System.currentTimeMillis() - start)); StringBuffer sf = new StringBuffer(); start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 50000; ++i) sf.append("a"); System.out.println("Time taken by StringBuffer: " + (System.currentTimeMillis() - start)); // 测试 String (这里仅做展示目的) String s = ""; start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 50000; ++i) s += "a"; System.out.println("Time taken by String concatenation: " + (System.currentTimeMillis() - start)); } } ``` 从上述代码可以看出,在循环中进行大量拼接操作时,`StringBuilder` 明显快于 `StringBuffer`,而 `String` 的表现最差。 综上所述, - 如果你需要一个简单的字符串并且不打算更改它,那就用 `String`. - 若是在单一任务内构建大量的动态文本,请选用 `StringBuilder`. - 当涉及到多线程并行访问同一个缓冲区的情况,则应采用 `StringBuffer`.
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