Java经典面试题——String、StringBuffer、StringBuilder有什么区别？

news2024/11/16 3:14:24

典型回答

String 是Java 语言非常基础和重要的类，提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑。它是典型的 Immutable 类，被声明成为 final class ，所有属性也都是 final 的。也由于它的不可变性，类似拼接、裁剪字符串等动作，都会产生新的 String 对象。由于字符串操作的普遍性，所以相关操作的效率往往对应用性能有明显影响。

StringBuffer 是为解决上面提到拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类，我们可以用 append 或者 add 方法，把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。StringBuffer本质是一个线程安全的可修改字符序列，它保证了线程安全，也随之带来了额外的性能开销，所以除非有线程安全的需要，不然还是推荐使用它的后继者，也就是StringBuilder。

StringBuilder 是 Java 1.5 中新增的，在能力上和 StringBuffer 没有本质区别，但是它去掉了线程安全的部分，有效减小了开销，是绝大部分情况下进行字符串拼接的首选。

知识扩展

关于String类

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    @Stable
    private final byte[] value;
    private final byte coder;
    private int hash;
}

String 类是 final 的，意味着它不能被子类继承
String 类实现了 Serializable 接口，意味着它可以序列化
String 类实现了 Comparable 接口，意味着最好不要用 ‘==’ 来比较两个字符串是否相等，而应该用 compareTo() 方法去比较
StringBuffer、StringBuilder 和 String 一样，都实现了 CharSequence 接口，所以它们仨属于近亲。由于 String 是不可变的，所以遇到字符串拼接的时候可以考虑一下String 的另外两个好兄弟，StringBuffer 和 StringBuilder ，它们俩个是可变的。
每一个字符串都会有一个 hash 值，这个哈希值在很大概率是不会重复的，因此 String 很适合来作为 HashMap 的键值。

为什么String 是不可变的？

String 类被 final 关键字修饰，所以它不会有子类，这就意味着没有子类可以重写它的方法，改变它的行为。
String 类的数据存储在 byte[ ] 数组中，而这个数组也被 final 关键字修饰了，这就表示 String 对象是没法被修改的，只要初始化一次，值就确定了。

为什么要这样设计呢？

第一，可以保证 String 对象的安全性，避免被篡改，毕竟像密码这种隐私信息一般就是用字符串存储的。
第二，保证哈希值不会被频繁变更。毕竟要经常作为哈希表的键值，经常变更的话，哈希表的性能就会很差劲。
第三，可以实现字符常量池。

由于字符串的不可变性，String对象一旦被创建后就固定不变了，对 String 对象的任何修改都不会影响到原来的字符串对象，都会生成新的字符串对象。

关于StringBuffer

由于字符串是不可变的，所以当遇到字符串拼接（尤其是使用+号操作符）的时候，就需要考量性能的问题，你不能毫无顾虑地生产太多 String 对象，对珍贵的内存造成不必要的压力。

于是 Java 就设计了一个专门用来解决此问题的 StringBuffer 类。

public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder implements Serializable, CharSequence {

    public StringBuffer() {
        super(16);
    }
    
    public synchronized StringBuffer append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }

    public synchronized String toString() {
        return new String(value, 0, count);
    }

    // 其他方法
}

不过，由于 StringBuffer 操作字符串的方法加了 synchronized 关键字进行了同步，主要是考虑到多线程环境下的安全问题，所以执行效率会比较低。

关于StringBuilder

与 StringBuffer 相比除了类名不同，方法没有加 synchronized，基本上完全一样。

实际开发中，StringBuilder 的使用频率也是远高于 StringBuffer。

Java 编译器将字符串拼接操作（+）转换为了 StringBuilder 对象的 append 方法，然后再调用 StringBuilder 对象的 toString 方法返回拼接后的字符串。

来看一下 StringBuilder 的 toString 方法：

public String toString() {
    return new String(value, 0, count);
}

value 是一个 char 类型的数组：

/**
 * The value is used for character storage.
 */
char[] value;

在 StringBuilder 对象创建时，会为 value 分配一定的内存空间（初始容量 16），用于存储字符串。

/**
 * Constructs a string builder with no characters in it and an
 * initial capacity of 16 characters.
 */
public StringBuilder() {
    super(16);
}

随着字符串的拼接，value 数组的长度会不断增加，因此在 StringBuilder 对象的实现中，value 数组的长度是可以动态扩展的，就像ArrayList那样。

继续来看 StringBuilder 的 toString 方法：

public String toString() {
    return new String(value, 0, count);
}

value 用于存储 StringBuilder 对象中包含的字符序列。count 是一个 int 类型的变量，表示字符序列的长度。toString() 方法会调用 new String(value, 0, count)，使用 value 数组中从 0 开始的前 count 个元素创建一个新的字符串对象，并将其返回。

再来看一下 append 方法：

public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

实际上是调用了 AbstractStringBuilder 中的 append(String str) 方法。在 AbstractStringBuilder 中，append(String str) 方法会检查当前字符序列中的字符是否够用，如果不够用则会进行扩容，并将指定字符串追加到字符序列的末尾。

在 jdk 中 StringBuilder 类的实现中，采用建造者模式的思想。具体分析如下：

StringBuilder 类继承自 AbstractStringBuilder，而 AbstractStringBuilder实现了 Appendable接口。
AbstractStringBuilder 虽然是一个抽象类，但是它实现了 Appendable 接口中的各个 append() 方法，
因此在这里 Appendable 接口是一个抽象建造者，而 AbstractStringBuilder 是建造者，只是不能实例化。
对于 StringBuilder 类，它既充当了指挥者角色，同时充当了具体的建造者，建造方法的具体实现是由 AbstractStringBuilder 完成，
StringBuilder 继承了 AbstractStringBuilder。

在这里插入图片描述