java中String、StringBuffer与StringBuilder的区别是什么

# Java中String、StringBuffer与StringBuilder的区别是什么

在Java编程中，字符串处理是最常见的操作之一。Java提供了三种主要的字符串操作类：`String`、`StringBuffer`和`StringBuilder`。虽然它们都可以用于处理字符串，但在使用场景、性能和线程安全性等方面存在显著差异。本文将深入探讨这三者的区别，并通过代码示例帮助读者理解如何选择合适的类。

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## 1. 不可变性与可变性

### 1.1 String的不可变性
`String`类是不可变的（immutable），这意味着一旦创建了一个`String`对象，它的值就不能被修改。任何对`String`的操作（如拼接、替换等）都会生成一个新的`String`对象。

```java
String str = "Hello";
str.concat(" World"); // 生成新对象，原str不变
System.out.println(str); // 输出: Hello

特点： - 线程安全（因为不可变对象天然线程安全）。 - 频繁修改会导致大量临时对象，影响性能。

1.2 StringBuffer与StringBuilder的可变性

StringBuffer和StringBuilder是可变的（mutable），它们提供了append()、insert()、delete()等方法直接修改对象内容，而无需创建新对象。

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

共同特点： - 适合频繁修改字符串的场景。 - 避免了不必要的对象创建。

2. 线程安全性

2.1 StringBuffer的线程安全

StringBuffer是线程安全的，它的所有方法都使用synchronized关键字修饰，确保多线程环境下的数据一致性。

StringBuffer buffer = new StringBuffer();
buffer.append("Thread-safe");

适用场景：多线程环境下需要修改字符串。

2.2 StringBuilder的非线程安全

StringBuilder不是线程安全的，它的方法没有同步机制，因此在多线程环境下可能导致数据不一致。

StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append("Not thread-safe");

适用场景：单线程环境或性能要求较高的场景。

2.3 String的线程安全

由于String是不可变的，它是线程安全的，但仅限于“读操作”。如果涉及字符串修改，仍需通过同步机制保证安全。

3. 性能对比

3.1 字符串拼接性能

在频繁修改字符串的场景中，StringBuilder和StringBuffer的性能远高于String，因为后者每次修改都会生成新对象。

测试代码：

long startTime = System.currentTimeMillis();
String str = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    str += i; // 每次循环生成新对象
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("String耗时: " + (endTime - startTime) + "ms");

结果： - String：耗时高（约200ms）。 - StringBuilder/StringBuffer：耗时低（约1-2ms）。

3.2 StringBuilder vs StringBuffer

由于StringBuffer的同步开销，其性能略低于StringBuilder（约10%-15%的差距）。在单线程环境下，优先使用StringBuilder。

4. 使用场景总结

4.1 何时使用String？

• 字符串内容不需要修改。
• 需要线程安全的“读操作”。

4.2 何时使用StringBuffer？

• 多线程环境下频繁修改字符串。
• 例如：Web应用中的动态SQL拼接。

4.3 何时使用StringBuilder？

• 单线程环境下频繁修改字符串。
• 例如：本地日志拼接、JSON字符串构建。

5. 代码示例

5.1 String的不可变性示例

String s1 = "Java";
String s2 = s1.concat(" Programming");
System.out.println(s1); // 输出: Java（原对象未变）
System.out.println(s2); // 输出: Java Programming

5.2 StringBuffer的线程安全示例

StringBuffer buffer = new StringBuffer();
Runnable task = () -> {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        buffer.append(i);
    }
};
Thread t1 = new Thread(task);
Thread t2 = new Thread(task);
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(buffer.length()); // 输出: 2000

5.3 StringBuilder的高性能示例

StringBuilder builder = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    builder.append(i); // 无同步开销
}
System.out.println(builder.length());

6. 总结

• String：适用于静态字符串，线程安全但性能低。
• StringBuffer：适用于多线程环境，线程安全但性能中等。
• StringBuilder：适用于单线程环境，性能最高但不安全。

在实际开发中，应根据线程需求和性能要求选择合适的类。JDK 9+引入了String的底层优化（如Compact Strings），但上述核心差异仍然适用。

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