【后端面经-Java】String与StringBuffer与StringBuilder的比较

目录

• 1. String
  
• 2. StringBuffer
  
• 3. StringBuilder
  
• 4. 性能提升
  
• 5. 总结和比较
  
• 面试模拟
  
• 参考资料
  

1. String

• 不可变
  查看String源码如下：
  1. public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence{
  2.     /** The value is used for character storage. */
  3.     private final char value[];
  5.     /** The offset is the first index of the storage that is used. */
  6.     private final int offset;
  8.     /** The count is the number of characters in the String. */
  9.     private final int count;
  11.     /** Cache the hash code for the string */
  12.     private int hash; // Default to 0
  14.     /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
  15.     private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
  16.    
  17.     ......
  18. }

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  由源码可知，String中存储数据的数组被关键字final修饰，因此是不可变的
  
• 运算和操作
  
  
  • 创建对象
    创建对象有两种方式：
    1. //方式一
    2.   String str = "abc";
    3. //方式二
    4.   String str = new String("abc");

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    两种方式都会在栈中创建一个字符串变量str，但它们的内存分配方式是不同的。
    我们可以通过如下代码直观看出两种方式的不同
    1.   String str1 = "abc";
    2.   String str2 = "abc";
    3.   String str3 = new String("abc");
    4.   String str4 = new String("abc");
    5.   System.out.println(str1 == str2); //true
    6.   System.out.println(str3 == str4); //false

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    为了理解这部分内容，最好先了解一下Java中的内存分配机制，可参考此篇博客：【后端面经-Java】JVM内存分区详解
    总之，简单来说，内存主要分为栈、堆、方法区等部分，栈中存放局部变量，堆中存放对象实例和数组，方法区中存放类信息和常量等，常量池一开始均在方法区中，后来运行时常量池转移到堆中，下文均按照这种内存分配模型来讨论。
    下图展示了两种创建方式下的内存情况：
    
    
    
    
    • 方式一：
      
    • 在栈中创建一个变量之后，需要指向具体的值，首先会在常量池中查找abc，如果找到，则指向这个字符串，如果没有找到，在运行时常量池中创建这一字符串，然后指向它。
      
    • 因此，str1和str2指向的是同一个字符串，即同一个内存单元，所以str1 == str2为true
      
    • 方式二
      
      
      
      • 在栈中创建一个变量之后，在堆中构造一个新的字符串对象，然后指向它。
        
      • 因此，str3和str4指向的是两个不同的内存单元，所以str3 == str4为false
        
      
      
    
    
  • "+"运算
    
    
    
    • 每次"+"运算虽然看似很简便，实际上需要创建一个新的String对象来接收结果，而作为运算数的String对象依然存在于堆中，成为垃圾占用堆空间，需要Java垃圾回收机制进行处理。（关于Java垃圾回收机制，可参考此篇博文：【后端面经-Java】JVM垃圾回收机制）
      
    • 这种操作是非常低效的，且造成了大量的内存占用，因此在实际开发中，应尽量避免使用"+"运算符来进行字符串拼接，而应该使用StringBuffer或StringBuilder来进行字符串拼接。
      
    
    
  • substring() && replace() && concat()
    
    
    
    • 这些操作的一个特点就是：创建新的String对象承接结果，而原来的String对象依然存在于堆中。
      
    
    
  
  
• 适用场景
  
  
  • 适用于字符串不需修改的场景。
    
  
  

2. StringBuffer

• 可变
  
  
  • StringBuffer源代码中数组是可变长度的。
    
  
  
• 线程安全
  
  
  • 在类定义过程中，适用synchronized关键字，保证线程安全。
    
  • 线程安全与否是StringBuffer和StringBuilder的重要区别之一。
    
  
  
• 运算和操作
  
  
  • append()：在字符串末尾添加新字符串；
    
  • insert()：在指定位置插入新字符串；
    
  • toString()：将StringBuffer转换为String；
    
  
  
• 适用场景
  
  
  
  • 多线程，字符串需要频繁修改
    
  
  

3. StringBuilder

• 可变
  
  
  • 和StringBuffer一样，StringBuilder源代码中数组是可变长度的。
    
  
  
• 线程不安全
  
  
  • 并没有使用synchronized关键字，因此线程不安全。
    
  • 因为线程不安全，不需要考虑线程安全的处理，所以StringBuilder的性能比StringBuffer略高。
    
  
  
• 适用场景：
  
  
  • 单线程，字符串需要频繁修改
    
  
  

4. 性能提升

• 为了提升性能，避免在字符串需要修改的场景下使用String类；
  
• 在初始定义时预先估计字符串的长度，对StringBuilder和StringBuffer进行初始化，避免频繁扩容，提升性能。
  1. StringBuilder sb = new StringBuilder(100);
  2. StringBuffer sb = new StringBuffer(100);
  3. ``

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5. 总结和比较

下图是对三者进行的比较：

面试模拟

Q：简单介绍一下String和StringBuilder的区别
A：首先，String定义的字符串是不可变的，使用拼接函数或者操作符将会创建一个新的String对象，性能不高;而StringBuilder定义的字符串可变，且线程不安全使得其具有较好的性能，在字符串需要频繁修改的场景下，使用StringBuilder会更好。

参考资料

• Java String、StringBuffer 和 StringBuilder 的区别
  
• Java中String和StringBuilder的区别
  
• 探秘Java中的String、StringBuilder以及StringBuffer
  

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