StringBuffer和StringBuilder

在Java中，StringBuffer和StringBuilder均用于处理​​可变字符串​​，解决String类不可变导致的性能问题。两者核心区别在于​​线程安全性​​，而单线程环境下的选择直接影响性能与效率。以下从设计、性能、使用场景三方面深入解析：

---

🔧 ​​一、核心共同点​​

1. ​​可变性​​

   • 两者均继承自AbstractStringBuilder，内部通过​​动态字符数组​​（JDK 9+ 后优化为字节数组）存储数据，支持原位修改。
   • 提供append()、insert()、delete()等方法直接修改内容，避免频繁创建新对象。

2. ​​初始容量与扩容​​

   • 默认初始容量为​​16字符​​，扩容策略为 新容量 = 原容量*2 + 2，通过Arrays.copyOf()复制数据。

3. ​​方法兼容性​​

   • API 高度一致（如reverse()、substring()），仅线程安全机制不同。

---

⚖️ ​​二、核心区别：线程安全性​​

​​特性​​	StringBuffer	StringBuilder
​​线程安全​​	✅ 所有方法用synchronized修饰	❌ 无同步机制
​​适用场景​​	多线程环境（如并发日志处理）	单线程环境（如循环内字符串拼接）
​​性能开销​​	较高（锁竞争与内核态切换）	较低（无锁开销）

• ​​锁机制影响​​：StringBuffer的同步方法（如append()) 在调用时需获取对象锁，多线程下可能引发阻塞；单线程下此机制纯属冗余开销。

---

⚡ ​​三、单线程下的性能对比​​

​​测试数据（10万次append("a")操作）：​​

​​操作次数​​	StringBuffer耗时	StringBuilder耗时	性能差距
10万次	≈10ms	≈5ms	​​2倍​​
100万次	≈50ms	≈25ms	​​2倍​​

​​性能差距原因：​​

1. ​​同步开销​​：StringBuffer每次方法调用需检查锁状态，即使无竞争也消耗CPU周期。
2. ​​编译器优化​​：StringBuilder的无锁设计允许JIT编译器更激进地内联方法。
3. ​​内存屏障​​：synchronized触发的内存可见性保证（如写缓存刷新）增加延迟。

💡 ​​注意​​：实际差距随JVM版本与硬件升级缩小，但StringBuilder始终更优。

---

🛠️ ​​四、单线程使用建议与场景​​

​​优先选择StringBuilder的场景：​​

1. ​​循环内字符串操作​​

   // 避免使用String（产生大量中间对象）
   StringBuilder sb = new StringBuilder();
   for (int i = 0; i < 10000; i++) {
       sb.append(data[i]);  // 直接修改原对象，零额外对象创建
   }

2. ​​动态SQL/JSON构建​​

   public String buildQuery(List<String> filters) {
       StringBuilder sql = new StringBuilder("SELECT * FROM table");
       if (!filters.isEmpty()) {
           sql.append(" WHERE ");
           for (String filter : filters) {
               sql.append(filter).append(" AND ");
           }
           sql.delete(sql.length()-5, sql.length());  // 删除末尾" AND "
       }
       return sql.toString();
   }

3. ​​高频字符串修改​​（如数据清洗、文本处理）。

​​预设容量优化​​：

当数据量极大时（如>1MB），预设容量避免多次扩容：

StringBuilder sb = new StringBuilder(1024);  // 初始容量1024，减少扩容次数

​​何时仍用StringBuffer？​​

单线程下几乎无需使用，除非：

• 兼容旧代码（JDK 1.4及更早版本不支持StringBuilder）。
• 方法可能被重构至多线程环境（防御性编程）。

---

💎 ​​总结​​

• ​​StringBuilder​​：单线程环境​​绝对首选​​，无锁设计带来显著性能优势（通常比StringBuffer快 ​​50%~100%​​）。
• ​​StringBuffer​​：仅用于​​多线程共享修改​​场景，其同步机制保障安全但牺牲性能。
• ​​避坑指南​​：
  • ❌ 避免在循环中使用String拼接（如str += "a"）。
  • ✅ 超大数据处理时预设容量（new StringBuilder(1024)）。
  • ❌ 勿在多线程中直接使用StringBuilder（需手动加锁或换StringBuffer）。

合理选择字符串工具，可显著提升程序效率与资源利用率。