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一文简单回顾Java中的String、StringBuilder、StringBuffer

article 2025/1/31 0:16:40

简单说下String、StringBuilder、StringBuffer的区别

String、StringBuffer、StringBuilder在Java中都是用于处理字符串的，它们之间的区别是String是不可变的，平常开发用的最多，当遇到大量字符串连接的时候，就用StringBuilder，它不会生成很多新的对象，StringBuffer和StringBuilder类似，但每个方法上都加了synchronized 关键字，所以是线程安全的；

接下来说下String的特点

String类的对象是不可变的，也就是说，一旦一个String对象被创建，它所包含的字符串内容是不可改变的；
每次对String对象进行修改操作，比如拼接、替换等操作时，实际上都会生成一个新的String对象，而不是修改原有对象。这可能会导致内存和性能开销，尤其是在大量字符串操作的情况下；

继续说下StringBuilder的特点

StringBuilder提供了一系列的方法来进行字符串的增删改查操作，这些操作都是直接在原有字符串对象的底层数组上进行的，而不是生成新的String对象；
StringBuilder不是线程安全的。这意味着在没有外部同步的情况下，它不适用于多线程环境；
相比于String，在进行频繁的字符串修改操作时，StringBuilder能提供更好的性能。Java中的字符串连+操作其实就是通过StringBuilder实现的；

StringBuffer的特点

StringBuffer和StringBuidler类似，但StringBuffer是线程安全的，方法前面都加了synchronized关键字；

总结下三者的使用场景

String：适用于字符串内容不会改变的场景，比如说作为HashMap的key
StringBuilder:适用于单线程环境下需要频繁修改字符串内容的场景，比如在循环中拼接或修改字符串，是String的完美替代品
StringBuffer：现在不怎么用了，因为一般不会在多线程场景下去频繁的修改字符串内容；

延申问下String是不可变类吗？字符串拼接是如何实现的？

String是不可变的，这意味着一旦一个String对象被创建，其存储的文本内容就不能被改变。这是因为：
1. 不可变性使得String对象在使用中更加安全，因为字符串经常用作参数传递给其他Java方法，例如网络连接、打开文件等
  如果String是可变的，这些方法调用的参数值就可能在不知不觉中被改变，从而导致网络连接被篡改，文件被莫名奇妙地修改等问题
2. 不可变的对象因为状态不会改变，所以更容易进行缓存和重用。字符串常量池的出现正是基于这个原因；
  当代码中出现相同的字符串字面量时，JVM会确保所有的引用都指向常量池中的同一个对象，从而节约内存；
3. 因为String的内容不会变，所以它的哈希值也就固定不变。这使得String对象特别适合作为HashMap或HashSet等集合的键，因为计算哈希值只需要进行一次，提高了哈希操作的效率；

接下来回答第二个问题，字符串是如何实现的呢？

例如String是不可变的，因此通过“+”操作符进行的字符串拼接，会生成新的字符串对象。

String a = "hello ";
String b = "world!";
String ab = a + b;

a 和 b 是通过双引号定义的，所以会在字符串常量池中，而 ab 是通过“+”操作符拼接的，所以会在堆中生成一个新的对象。

在这里插入图片描述

Java 8 时，JDK 对“+”号的字符串拼接进行了优化，Java 会在编译期基于 StringBuilder 的 append 方法进行拼接。
上面的代码相当于：

String a = "hello ";
String b = "world!";
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append(a);
sb.append(b);
String ab = sb.toString();

因此，如果笼统地讲，通过加号拼接字符串时会创建多个 String 对象是不准确的。因为加号拼接在编译期还会创建一个 StringBuilder 对象，最终调用 toString() 方法的时候再返回一个新的 String 对象。

@Override
public String toString() {
    // Create a copy, don't share the array
    return new String(value, 0, count);
}

那除了使用 + 号来拼接字符串，还有 StringBuilder.append()、String.join() 等方式。

还想问下，如何保证String不可变呢？

String内部类使用一个私有的字符数组来存储字符串数据。这个字符数组在创建字符串时被初始化，之后不允许被修改
```
private final char value[];
```

String类没有提供任何可以修改其内容的公共方法，像concat这些看似修改字符串的操作，实际上都是返回一个新创建的字符串对象，而原始字符串对象保持不变

public String concat(String str) {
    if (str.isEmpty()) {
        return this;
    }
    int len = value.length;
    int otherLen = str.length();
    char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
    str.getChars(buf, len);
    return new String(buf, true);
}