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

2023-07-24 15:13 由 CrazyPixel 发表于 #后端开发

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：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence{
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** The offset is the first index of the storage that is used. */
    private final int offset;

    /** The count is the number of characters in the String. */
    private final int count;

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
    
    ......
}

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
1. 创建对象
  创建对象有两种方式：
```
//方式一
  String str = "abc";
//方式二
  String str = new String("abc");
```
  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
```
  String str1 = "abc";
  String str2 = "abc";
  String str3 = new String("abc");
  String str4 = new String("abc");
  System.out.println(str1 == str2); //true
  System.out.println(str3 == str4); //false
```
  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
2. "+"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：）
  - 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。
3. 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
1. 适用于字符串不需修改的场景。

2. StringBuffer

可变
1. StringBuffer源代码中数组是可变长度的。
线程安全
1. 在类定义过程中，适用synchronized关键字，保证线程安全。
2. 线程安全与否是StringBuffer和StringBuilder的重要区别之一。
运算和操作
1. append()：在字符串末尾添加新字符串；
2. insert()：在指定位置插入新字符串；
3. 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
1. 和StringBuffer一样，StringBuilder源代码中数组是可变长度的。
线程不安全
1. 并没有使用synchronized关键字，因此线程不安全。
2. 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：
1. 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。
```
 StringBuilder sb = new StringBuilder(100);
 StringBuffer sb = new StringBuffer(100);
``
```

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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