Java 中 `String`、`StringBuilder` 和 `StringBuffer` 的区别详解

在 Java 中，String、StringBuilder 和 StringBuffer 是用于处理字符串的三种主要类。它们各有特点，适用于不同的场景。本文将详细解析它们的区别，并通过示例代码加深理解。

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1. String

1.1 特点

• 不可变性：String 是不可变的（immutable），即一旦创建，其内容就不能被修改。
• 线程安全：由于不可变性，String 是线程安全的。
• 性能：频繁修改字符串时，会产生大量临时对象，影响性能。

1.2 适用场景

• 字符串内容不需要修改的场景。
• 多线程环境下需要线程安全的场景。

1.3 示例

String str = "Hello";
str = str + " World"; // 创建了一个新的 String 对象
System.out.println(str); // 输出: Hello World

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2. StringBuilder

2.1 特点

• 可变性：StringBuilder 是可变的（mutable），可以直接修改其内容。
• 非线程安全：StringBuilder 不是线程安全的。
• 性能：由于避免了创建临时对象，StringBuilder 在频繁修改字符串时性能更高。

2.2 适用场景

• 单线程环境下需要频繁修改字符串的场景。

2.3 示例

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(" World"); // 直接修改 StringBuilder 对象
System.out.println(sb.toString()); // 输出: Hello World

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3. StringBuffer

3.1 特点

• 可变性：StringBuffer 是可变的（mutable），可以直接修改其内容。
• 线程安全：StringBuffer 是线程安全的，所有方法都使用 synchronized 关键字进行同步。
• 性能：由于同步机制，StringBuffer 的性能略低于 StringBuilder。

3.2 适用场景

• 多线程环境下需要频繁修改字符串的场景。

3.3 示例

StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
sb.append(" World"); // 直接修改 StringBuffer 对象
System.out.println(sb.toString()); // 输出: Hello World

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4. 三者的区别总结

特性	String	StringBuilder	StringBuffer
可变性	不可变	可变	可变
线程安全	线程安全	非线程安全	线程安全
性能	频繁修改时性能较低	频繁修改时性能高	频繁修改时性能略低于 StringBuilder
适用场景	字符串内容不需要修改的场景	单线程环境下频繁修改字符串的场景	多线程环境下频繁修改字符串的场景

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5. 性能对比

以下是一个简单的性能对比示例，展示 String、StringBuilder 和 StringBuffer 在频繁修改字符串时的性能差异。

public class PerformanceTest {
    public static void main(String[] args) {
        int n = 100000;

        // 使用 String
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        String str = "";
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            str += i;
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("String time: " + (endTime - startTime) + " ms");

        // 使用 StringBuilder
        startTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            sb.append(i);
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("StringBuilder time: " + (endTime - startTime) + " ms");

        // 使用 StringBuffer
        startTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuffer sbf = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            sbf.append(i);
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("StringBuffer time: " + (endTime - startTime) + " ms");
    }
}

输出示例：

String time: 5000 ms
StringBuilder time: 10 ms
StringBuffer time: 15 ms

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6. 总结

• String：不可变，线程安全，适用于字符串内容不需要修改的场景。
• StringBuilder：可变，非线程安全，性能高，适用于单线程环境下频繁修改字符串的场景。
• StringBuffer：可变，线程安全，性能略低于 StringBuilder，适用于多线程环境下频繁修改字符串的场景。