【後端面經-Java】String與StringBuffer與StringBuilder的比較

• 1. String
• 2. StringBuffer
• 3. StringBuilder
• 4. 性能提升
• 5. 總結和比較
• 面試模擬
• 參考資料

1. String

1. 不可變
   查看String源碼如下：

   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;
       
       ......
   }
   

   由源碼可知，String中存儲數據的數組被關鍵字final修飾，因此是不可變的
2. 運算和操作
   1. 創建對象
      創建對象有兩種方式：

      //方式一
        String str = "abc";
      //方式二
        String str = new String("abc");
      

      兩種方式都會在棧中創建一個字元串變數str，但它們的記憶體分配方式是不同的。
      我們可以通過如下代碼直觀看出兩種方式的不同

        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
      

      為了理解這部分內容，最好先瞭解一下Java中的記憶體分配機制，可參考此篇博客：【後端面經-Java】JVM記憶體分區詳解
      總之，簡單來說，記憶體主要分為棧、堆、方法區等部分，棧中存放局部變數，堆中存放對象實例和數組，方法區中存放類信息和常量等，常量池一開始均在方法區中，後來運行時常量池轉移到堆中，下文均按照這種記憶體分配模型來討論。
      下圖展示了兩種創建方式下的記憶體情況：
      
      • 方式一：
      • 在棧中創建一個變數之後，需要指向具體的值，首先會在常量池中查找abc，如果找到，則指向這個字元串，如果沒有找到，在運行時常量池中創建這一字元串，然後指向它。
      • 因此，str1和str2指向的是同一個字元串，即同一個記憶體單元，所以str1 == str2為true
      • 方式二
        • 在棧中創建一個變數之後，在堆中構造一個新的字元串對象，然後指向它。
        • 因此，str3和str4指向的是兩個不同的記憶體單元，所以str3 == str4為false
   2. "+"運算
      • 每次"+"運算雖然看似很簡便，實際上需要創建一個新的String對象來接收結果，而作為運算數的String對象依然存在於堆中，成為垃圾占用堆空間，需要Java垃圾回收機制進行處理。（關於Java垃圾回收機制，可參考此篇博文：【後端面經-Java】JVM垃圾回收機制）
      • 這種操作是非常低效的，且造成了大量的記憶體占用，因此在實際開發中，應儘量避免使用"+"運算符來進行字元串拼接，而應該使用StringBuffer或StringBuilder來進行字元串拼接。
   3. substring() && replace() && concat()
      • 這些操作的一個特點就是：創建新的String對象承接結果，而原來的String對象依然存在於堆中。
3. 適用場景
   1. 適用於字元串不需修改的場景。

2. StringBuffer

1. 可變
   1. StringBuffer源代碼中數組是可變長度的。
2. 線程安全
   1. 在類定義過程中，適用synchronized關鍵字，保證線程安全。
   2. 線程安全與否是StringBuffer和StringBuilder的重要區別之一。
3. 運算和操作
   1. append()：在字元串末尾添加新字元串；
   2. insert()：在指定位置插入新字元串；
   3. toString()：將StringBuffer轉換為String；
4. 適用場景
   • 多線程，字元串需要頻繁修改

3. StringBuilder

1. 可變
   1. 和StringBuffer一樣，StringBuilder源代碼中數組是可變長度的。
2. 線程不安全
   1. 並沒有使用synchronized關鍵字，因此線程不安全。
   2. 因為線程不安全，不需要考慮線程安全的處理，所以StringBuilder的性能比StringBuffer略高。
3. 適用場景：
   1. 單線程，字元串需要頻繁修改

4. 性能提升

1. 為了提升性能，避免在字元串需要修改的場景下使用String類；
2. 在初始定義時預先估計字元串的長度，對StringBuilder和StringBuffer進行初始化，避免頻繁擴容，提升性能。

    StringBuilder sb = new StringBuilder(100);
    StringBuffer sb = new StringBuffer(100);
   ``
   
   

5. 總結和比較

下圖是對三者進行的比較：

面試模擬

Q：簡單介紹一下String和StringBuilder的區別
A：首先，String定義的字元串是不可變的，使用拼接函數或者操作符將會創建一個新的String對象，性能不高;而StringBuilder定義的字元串可變，且線程不安全使得其具有較好的性能，在字元串需要頻繁修改的場景下，使用StringBuilder會更好。

參考資料

1. Java String、StringBuffer 和 StringBuilder 的區別
2. Java中String和StringBuilder的區別
3. 探秘Java中的String、StringBuilder以及StringBuffer