Java中String、StringBuilder和StringBuffer的区别与应用场景

题目

Java中String、StringBuilder和StringBuffer的区别与应用场景

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

字符串处理,不可变性,线程安全,性能优化

快速回答

核心区别：

• String：不可变对象，线程安全但频繁修改效率低
• StringBuilder：可变对象，非线程安全，单线程下性能最佳
• StringBuffer：可变对象，线程安全（synchronized方法），多线程场景适用

选择原则：

1. 字符串不修改时用 String
2. 单线程频繁修改用 StringBuilder
3. 多线程环境修改用 StringBuffer

一、核心原理

1. String 的不可变性

String str = "Hello";
str += " World";  // 实际创建新对象"Hello World"，原对象未修改

• 每次修改都生成新对象，旧对象等待GC回收
• 导致频繁内存分配和垃圾回收，影响性能

2. StringBuilder/StringBuffer 的可变性

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Hello");  // 修改内部char[]数组
sb.append(" World"); // 数组扩容后继续修改

• 内部维护可变char[]数组，修改时不创建新对象
• 初始容量16，自动扩容（新容量 = 旧容量*2 + 2）

二、线程安全对比

三、性能测试示例

// 测试10万次拼接
long start = System.currentTimeMillis();
String s = "";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    s += i;  // 每次循环创建新对象
}
System.out.println("String耗时: " + (System.currentTimeMillis()-start));

start = System.currentTimeMillis();
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    sb.append(i);  // 直接修改内部数组
}
System.out.println("StringBuilder耗时: " + (System.currentTimeMillis()-start));

典型结果：String耗时 > 5000ms，StringBuilder耗时 < 10ms

四、最佳实践

1. 字符串常量：直接使用 String（如：String url = "https://example.com"）
2. 循环内拼接：必须用 StringBuilder（避免在循环内用 + 拼接）
3. 预分配容量：已知最终长度时初始化容量提升性能

   // 已知最终长度约1000
   StringBuilder sb = new StringBuilder(1000);

4. 多线程场景：使用 StringBuffer 或外部同步

   // 方案1：使用StringBuffer
   StringBuffer safeBuffer = new StringBuffer();
   
   // 方案2：外部同步StringBuilder
   StringBuilder sb = new StringBuilder();
   synchronized(lockObject) {
       sb.append(data);
   }

五、常见错误

• 错误1：在循环中使用 + 拼接字符串

  // 反例：产生大量临时对象
  String result = "";
  for (String str : list) {
      result += str;
  }

• 错误2：多线程环境误用非线程安全的StringBuilder
• 错误3：不需要线程安全时使用StringBuffer（有同步开销）

六、扩展知识

• 字符串驻留（Interning）：String.intern() 方法将字符串加入常量池
• Java 9 优化：String 内部存储改为 byte[] + 编码标记，节省内存
• 模式匹配：Java 17 的 switch 模式匹配可优化字符串分支处理