【Java】String，StringBuilder，StringBuffer三者的区别

最近在看一些Java的基础知识，看到了String、StringBuffer和StringBuilder。就查了写相关资料和API文档，自己做一下归纳。

这三个类的主要区别主要有两个：线程安全和运行速度

一、运行速度（执行速度）

运行速度：StringBuilder>StringBuffer>String（相对而言）

String最慢的原因：

String为字符串常量，而StringBuilder和StringBuffer均为字符串变量，即String对象一旦创建之后该对象是不可更改的，但后两者的对象是变量，是可以更改的。

1 String str="abc";
2 System.out.println(str);
3 str=str+"de";
4 System.out.println(str);

　　如果运行这段代码会发现先输出“abc”，然后又输出“abcde”，好像是str这个对象被更改了，其实，这只是一种假象罢了，JVM对于这几行代码是这样处理的，首先创建一个String对象str，并把“abc”赋值给str，然后在第三行中，其实JVM又创建了一个新的对象也名为str，然后再把原来的str的值和“de”加起来再赋值给新的str，而原来的str就会被JVM的垃圾回收机制（GC）给回收掉了，所以，str实际上并没有被更改，也就是前面说的String对象一旦创建之后就不可更改了。所以，Java中对String对象进行的操作实际上是一个不断创建新的对象并且将旧的对象回收的一个过程，所以执行速度很慢。
　　而StringBuilder和StringBuffer的对象是变量，对变量进行操作就是直接对该对象进行更改，而不进行创建和回收的操作，所以速度要比String快很多。
　　另外，有时候我们会这样对字符串进行赋值

1 String str="abc"+"de";
2 StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder().append("abc").append("de");
3 System.out.println(str);
4 System.out.println(stringBuilder.toString());

　　这样输出结果也是“abcde”和“abcde”，但是String的速度却比StringBuilder的反应速度要快很多，这是因为第1行中的操作和

　　String str="abcde";

　　是完全一样的，所以会很快，而如果写成下面这种形式

1 String str1="abc";
2 String str2="de";
3 String str=str1+str2;

　　那么JVM就会像上面说的那样，不断的创建、回收对象来进行这个操作了。速度就会很慢。

二、线程安全

StringBuilder是线程不安全的，而StringBuffer是线程安全的

如果一个StringBuffer对象在字符串缓冲区被多个线程使用时，StringBuffer中很多方法可以带有synchronized关键字，所以可以保证线程是安全的，但StringBuilder的方法则没有该关键字，所以不能保证线程安全，有可能会出现一些错误的操作。所以如果要进行的操作是多线程的，那么就要使用StringBuffer，但是在单线程的情况下，还是建议使用速度比较快的StringBuilder。
StringBuffer的API说明：

线程安全，可变的字符序列。 字符串缓冲区就像一个String ，但可以修改。
在任何时间点，它包含一些特定的字符序列，但可以通过某些方法调用来更改序列的长度和内容。 字符串缓冲区可以安全地被多个线程使用。这些方法在必要时进行同步，以便任何特定实例上的所有操作都按照与所涉及的各个线程所执行的方法调用顺序一致的顺序发生。
StringBuffer的主要StringBuffer是append和insert方法，它们被重载以便接受任何类型的数据。
每个都有效地将给定的数据转换为字符串，然后将该字符串的字符附加或插入到字符串缓冲区。 append方法总是在缓冲区的末尾添加这些字符;insert方法将insert添加到指定点。例如，如果z是指当前内容为”start”的字符串缓冲区对象，那么方法调用z.append(“le”)将使字符串缓冲区包含”startle” ，而z.insert(4, “le”)会将字符串缓冲区更改为包含”starlet”。一般情况下，如果某人是指的一个实例StringBuffer，则sb.append(x)具有相同的效果sb.insert(sb.length(), x) 。 每当涉及源序列（例如从源序列追加或插入）的操作发生时，该类仅在执行操作的字符串缓冲器上进行同步，而不在源上。

请注意，虽然StringBuffer被设计为可以安全地从多个线程并发使用，但如果构造函数或append或insert操作被传递通过线程共享的源序列，则调用代码必须确保该操作具有一致且不变的视图在操作期间的源序列。

呼叫者通过使用不可变的源序列，或者不跨线程共享源序列，可以在呼叫期间持有锁来满足这一点。
每个字符串缓冲区都有一个容量。 只要字符串缓冲区中包含的字符序列的长度不超过容量，就不必分配新的内部缓冲区数组。如果内部缓冲区溢出，则会自动变大。除非另有说明，否则将null参数传递给null中的构造函数或方法将导致抛出NullPointerException 。
从版本JDK5开始，这个类别已经被一个等级类补充了，这个类被设计为使用一个线程StringBuilder。StringBuilder应该使用StringBuilder类，因为它支持所有相同的操作，但它更快，因为它不执行同步。

StringBuilder的API说明：

一个可变的字符序列。 此类提供与StringBuffer的API，但不保证同步。
此类设计用作简易替换为StringBuffer在正在使用由单个线程字符串缓冲区的地方（如通常是这种情况）。
在可能的情况下，建议使用这个类别优先于StringBuffer ，因为它在大多数实现中将更快。
StringBuilder的主要StringBuilder是append和insert方法，它们是重载的，以便接受任何类型的数据。
每个都有效地将给定的数据转换为字符串，然后将该字符串的字符附加或插入字符串构建器。 append方法始终在构建器的末尾添加这些字符;
insert方法将insert添加到指定点。
例如，如果z引用当前内容为“ start ”的字符串构建器对象，那么方法调用z.append(“le”)将导致字符串构建器包含“
startle ”，而z.insert(4, “le”)会将字符串构建器更改为包含“ starlet ”。
一般情况下，如果某人是指的一个实例StringBuilder，则sb.append(x)具有相同的效果sb.insert(sb.length(), x) 。每个字符串构建器都有一个容量。 只要字符串构建器中包含的字符序列的长度不超过容量，则不需要分配新的内部缓冲区。
如果内部缓冲区溢出，则会自动变大。
StringBuilder的StringBuilder不能安全使用多线程。 如果需要同步， 那么建议使用StringBuffer 。
除非另有说明，否则将null参数传递给null中的构造函数或方法将导致抛出NullPointerException 。

三、String、StringBuffer以及StringBuilder的细节区别（实例说明）

1.String

查看String类的源代码：

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

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

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

可以看出：
1）String类是final类，也即意味着String类不能被继承，并且它的成员方法都默认为final方法。在Java中，被final修饰的类是不允许被继承的，并且该类中的成员方法都默认为final方法。
2) String类其实是通过char数组来保存字符串的。

对String对象的任何改变都不影响到原对象，相关的任何change操作都会生成新的对象

1.1.经常混淆的几个知识点

1）String str=”hello world”和String str=new String(“hello world”)的区别

public class Main1{
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "hello world";
        String str2 = new String("hello world");
        String str3 = "hello world";
        String str4 = new String("hello world");

        System.out.println(str1==str2);
        System.out.println(str1==str3);
        System.out.println(str2==str4);
    }
}
输出结果为：
false
true
false

分析：在上述代码中，String str1 = “hello world”;和String str3 = “hello world”; 都在编译期间生成了 字面常量和符号引用，运行期间字面常量”hello world”被存储在运行时常量池（当然只保存了一份）。通过这种方式来将String对象跟引用绑定的话，JVM执行引擎会先在运行时常量池查找是否存在相同的字面常量，如果存在，则直接将引用指向已经存在的字面常量；否则在运行时常量池开辟一个空间来存储该字面常量，并将引用指向该字面常量。
众所周知，通过new关键字来生成对象是在堆区进行的，而在堆区进行对象生成的过程是不会去检测该对象是否已经存在的。因此通过new来创建对象，创建出的一定是不同的对象，即使字符串的内容是相同的。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String string = "";
        for(int i=0;i<10000;i++){
            string += "hello";
        }
    }
}

这句 string += “hello”;的过程相当于将原有的string变量指向的对象内容取出与”hello”作字符串相加操作再存进另一个新的String对象当中，再让string变量指向新生成的对象。每次循环会new出一个StringBuilder对象，然后进行append操作，最后通过toString方法返回String对象。也就是说这个循环执行完毕new出了10000个对象，试想一下，如果这些对象没有被回收，会造成多大的内存资源浪费。从上面还可以看出：string+=”hello”的操作事实上会自动被JVM优化成：

StringBuilder str = new StringBuilder(string);
str.append(“hello”);
str.toString();

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        for(int i=0;i<10000;i++){
            stringBuilder.append("hello");
        }
    }
}

反编译字节码文件得到：
从这里可以明显看出，new操作只进行了一次，也就是说只生成了一个对象，append操作是在原有对象的基础上进行的。因此在循环了10000次之后，这段代码所占的资源要比上面小得多。
StringBuilder和StringBuffer类拥有的成员属性以及成员方法基本相同，区别是StringBuffer类的成员方法前面多了一个关键字：synchronized，这个关键字是在多线程访问时起到安全保护作用的,也就是说StringBuffer是线程安全的。
下面摘了2段代码分别来自StringBuffer和StringBuilder，insert方法的具体实现：

StringBuilder的insert方法

public StringBuilder insert(int index, char str[], int offset,int len)
  {
      super.insert(index, str, offset, len);
      return this;
  }

StringBuffer的insert方法

public synchronized StringBuffer insert(int index, char str[], int offset,int len)
    {
        super.insert(index, str, offset, len);
        return this;
    }

2.不同场景下三个类的性能测试

测试一下三个类的性能区别：

public class Main {
    private static int time = 50000;
    public static void main(String[] args) {
        testString();
        testStringBuffer();
        testStringBuilder();
        test1String();
        test2String();
    }

    public static void testString () {
        String s="";
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
            s += "java";
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作"+s.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
    }

    public static void testStringBuffer () {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
            sb.append("java");
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作"+sb.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
    }

    public static void testStringBuilder () {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
            sb.append("java");
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作"+sb.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
    }

    public static void test1String () {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
            String s = "I"+"love"+"java";
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("字符串直接相加操作："+(over-begin)+"毫秒");
    }

    public static void test2String () {
        String s1 ="I";
        String s2 = "love";
        String s3 = "java";
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
            String s = s1+s2+s3;
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("字符串间接相加操作："+(over-begin)+"毫秒");
    }

}
输出结果为：
操作java.lang.String类型使用的时间为：3814毫秒
操作java.lang.StringBuffer类型使用的时间为：3毫秒
操作java.lang.StringBuilder类型使用的时间为：1毫秒
字符串直接相加操作：0毫秒
字符串间接相加操作：5毫秒

上面提到string+=”hello”的操作事实上会自动被JVM优化，看下面这段代码：

public class Main {
    private static int time = 50000;
    public static void main(String[] args) {
        testString();
        testOptimalString();
    }

    public static void testString () {
        String s="";
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
            s += "java";
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作"+s.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
    }

    public static void testOptimalString () {
        String s="";
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
            StringBuilder sb = new StringBuilder(s);
            sb.append("java");
            s=sb.toString();
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("模拟JVM优化操作的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
    }

}
输出结果：
操作java.lang.String类型使用的时间为：3967毫秒
模拟JVM优化操作的时间为：4507毫秒

下面对上面的执行结果进行一般性的解释：
1）对于直接相加字符串，效率很高，因为在编译器便确定了它的值，也就是说形如”I”+”love”+”java”; 的字符串相加，在编译期间便被优化成了”Ilovejava”。这个可以用javap -c命令反编译生成的class文件进行验证。

对于间接相加（即包含字符串引用），形如s1+s2+s3; 效率要比直接相加低，因为在编译器不会对引用变量进行优化。

四、总结

String：适用于少量的字符串操作的情况
StringBuilder：适用于单线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况
StringBuffer：适用多线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况

五、常见的关于String、StringBuffer的面试题

下面是一些常见的关于String、StringBuffer的一些面试笔试题，若有不正之处，请谅解和批评指正。

1. 下面这段代码的输出结果是什么？

String a = “hello2″; 　　
String b = “hello” + 2; 　　
System.out.println((a == b));

输出结果为：true。原因很简单，”hello”+2在编译期间就已经被优化成”hello2″，因此在运行期间，变量a和变量b指向的是同一个对象。

2.下面这段代码的输出结果是什么？

 String a = “hello2″; 　 
 String b = “hello”;       
 String c = b + 2;       
 System.out.println((a == c));

输出结果为:false。由于有符号引用的存在，所以 String c = b + 2;不会在编译期间被优化，不会把b+2当做字面常量来处理的，因此这种方式生成的对象事实上是保存在堆上的。因此a和c指向的并不是同一个对象。javap -c得到的内容：

3.下面这段代码的输出结果是什么？

String a = “hello2″;   　 
final String b = “hello”;       
String c = b + 2;       
System.out.println((a == c));

输出结果为：true。对于被final修饰的变量，会在class文件常量池中保存一个副本，也就是说不会通过连接而进行访问，对final变量的访问在编译期间都会直接被替代为真实的值。那么String c = b + 2;在编译期间就会被优化成：String c = “hello” + 2;
4.下面这段代码输出结果为：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello2";
        final String b = getHello();
        String c = b + 2;
        System.out.println((a == c));
    }
    public static String getHello() {
        return "hello";
    }
}

输出结果为false。这里面虽然将b用final修饰了，但是由于其赋值是通过方法调用返回的，那么它的值只能在运行期间确定，因此a和c指向的不是同一个对象。
5.下面这段代码的输出结果是什么？

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello";
        String b =  new String("hello");
        String c =  new String("hello");
        String d = b.intern();

        System.out.println(a==b);
        System.out.println(b==c);
        System.out.println(b==d);
        System.out.println(a==d);
    }
}
输出结果：
false
false
false
true

这里面涉及到的是String.intern方法的使用。在String类中，intern方法是一个本地方法，在JAVA SE6之前，intern方法会在运行时常量池中查找是否存在内容相同的字符串，如果存在则返回指向该字符串的引用，如果不存在，则会将该字符串入池，并返回一个指向该字符串的引用。因此，a和d指向的是同一个对象。
6.String str = new String(“abc”)创建了多少个对象？
很多都是说创建了两个对象
首先必须弄清楚创建对象的含义，创建是什么时候创建的？这段代码在运行期间会创建2个对象么？毫无疑问不可能
很显然，new只调用了一次，也就是说只创建了一个对象。
而这道题目让人混淆的地方就是这里，这段代码在运行期间确实只创建了一个对象，即在堆上创建了”abc”对象。而为什么大家都在说是2个对象呢，这里面要澄清一个概念 该段代码执行过程和类的加载过程是有区别的。在类加载的过程中，确实在运行时常量池中创建了一个”abc”对象，而在代码执行过程中确实只创建了一个String对象。

因此，这个问题如果换成 String str = new String(“abc”)涉及到几个String对象？合理的解释是2个。

个人觉得在面试的时候如果遇到这个问题，可以向面试官询问清楚”是这段代码执行过程中创建了多少个对象还是涉及到多少个对象“再根据具体的来进行回答。
7.下面这段代码1）和2）的区别是什么？

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "I";
        //str1 += "love"+"java";        1)
        str1 = str1+"love"+"java";      //2)

    }
}

1）的效率比2）的效率要高，1）中的”love”+”java”在编译期间会被优化成”lovejava”，而2）中的不会被优化。
可以看出，在1）中只进行了一次append操作，而在2）中进行了两次append操作。