关于String,StringBuffer与StringBuilder

最新推荐文章于 2024-07-23 18:33:37 发布

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本文深入探讨了Java中String、StringBuffer与StringBuilder的区别及性能对比，特别是在字符串拼接操作中的表现。文章通过具体示例展示了不同场景下各类型的优劣，并解析了背后的工作原理。

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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）
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，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。
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 z 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”。
在大部分情况下 StringBuilder > StringBuffer

具体说原理的话，两个字符串相加，相当于执行了如下操作：
str1 + str2 执行了下面的过程：

StringBuffer sb1 = new StringBuffer(str1);
sb1.append(str2);
String result1 = sb1.toString();

执行到最后，我们所需要的内容只有result1这一个对象，中间出现的sb1就成为了垃圾回收的目标。

此时，如果我们再加一个字符串的话……
str1 + str2 + str3相当于在上面的基础上又执行了

StringBuffer sb2 = new StringBuffer( result1);
sb2.append(str3);
String result2 = sb2.toString();

这时，对我们有用的对象只有result2一个。中间生成的sb2和result1都成为了垃圾回收的目标。
如果继续追加下去，又会产生若干个StringBuffer的垃圾对象和String的垃圾对象。

Java中的垃圾首先是占用内存，然后Java虚拟机会请出垃圾回收线程来回收这些垃圾，这时又会出现CPU的损耗，同时这些垃圾对象生成的时候也会产生系统开销。如果在一个循环中使用字符串的加号，导致的系统开销就是不可忽略的了。

而相对来说使用StringBuffer来进行字符串连接的话，

StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(str1);
sb.append(str2);
.....
sb.append(strN);
String result = sb.toString();

除了中间的一个StringBuffer对象最后会被弃掉，其他都是有效对象，比起上面的一堆垃圾，自然效率提高的不是一点半点。

至于两者到底会差多少，根据分批给Java虚拟机的内存大小等环境的不同会有所差异。总之，运行一下我上面链接的程序就会一目了然的。

关于StringBuffer和StringBuilder线程安全的问题：
所谓的线程安全就是多个线程修改同一个对象时可能产生的冲突问题。
比如有一个StringBuilder对象，变量名为stringBuilder，在一个线程里执行stringBuilder.append("0");的同时，另一个线程也执行同样的代码，就有可能出现无法预料的问题。出现问题的原因是在StringBuilder的append()方法中，不是只有一条语句，而是由若干语句。当线程A进入append()函数时，另一个线程B可能在其中任意一条语句之后进入这个函数，从而再次执行函数中第一条语句，而接下来是执行线程A中即将继续执行的语句还是执行线程B中即将执行的第二句谁也说不清。

实际剖析一下，可以看到StringBuilder里面实际执行的语句如下（实际是执行父类的内容）

if (str == null) str = "null";
int len = str.length();
ensureCapacityInternal(count + len);
str.getChars(0, len, value, count);
count += len;
return this;

为了说明方便，加上行号。假设StringBuilder对象中的字符串长度为10，也就是count为10，我们追加的字符串为"0"，也就是长度为1。
如果当A线程执行到L5(L5代表第五行代码，下同)的时候，恰好线程B的代码进入函数，并取得运行权一直执行到L6，此时在线程B中的count因为加上了"0"的长度，为11。现在线程A再次开始执行，从L5开始执行，因为count的定义没有volatile关键字，所以很可能线程A中的count还是之前的10，所以再次执行L5，让count变成11。结果明明执行了两次append()函数，count却只增加了1。显然与期望逻辑不符。

贴在下面链接中的StringBufferVsStringBuilder.java程序可以证明上面所说的问题。顺便下面还附带了一个ArrayList的线程不安全性证明程序。
https://gist.github.com/1978494
程序中对StringBuilder和StringBuffer进行同样的操作——循环创建线程并在每个线程里给StringBuffer/StringBuilder 对象追加一个字符串"0"。如果线程安全，结果字符串的长度应该是我们所期待的循环次数；如果线程不安全，结果则不可确定。从运行结果看，使用StringBuffer的结果与期待结果一致，而使用StringBuilder则不一定一致。