面试题：Java8中String、StringBuilder、StringBuffer的区别

前置知识

字符串创建问题

1. 常量字符串直接赋值 String str = "hello"; 
   • 当使用字符串常量创建一个字符串时，JVM 首先在字符串常量池中寻找具有相同值的字符串，如果找到了它将返回字符串常量池中的字符串对象的引用。否则它会在字符串常量池中创建字符串对象并返回引用
2. 使用 new运算法创建 String str = new String("hello");

   1. 在字符串常量池中查找是否有 "hello" 对象

      • 有则返回对应的引用实例

      • 没有则创建对应的实例对象

   2. 在堆中 new 一个 String("hello") 对象

   3. 创建 str 引用，并将  String("hello") 对象地址赋值给 str
3. 使用运算符 +拼接字符串
   • 字符串常量 + 字符串常量
     • String str = "hello"+" world"; 编译器会直接优化成 "hello world"，此时str地址指向字符串常量池
   • 字符串变量 + 字符串常量 
     
     • String str = new String("hello") + "world"; 变量加常量会new一个StringBuilder并且调用StringBuilder.appen()方法将它们拼接在一起，然后通过toString()方法返回字符串，此时str地址指向堆中
   • 字符串变量 + 字符串变量
     • String str1 = "hello"; String str2 = "world"; String str3 = str1 + str2; 两个字符串变量相加会new一个StringBuilder并调用StringBuilder.append()方法将它们拼接起来，然后通过toString()方法返回字符串，此时str3地址指向堆中

String、StringBuilder、StringBuffer的区别

可变性

String

String部分源码如下

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

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

从String源码中可以得知，String类使用了 final修饰类，意为最终类，同时使用了 final来修饰的字符数组来保存字符串的，一旦String对象被赋予初始值后不可改变。所以 String 对象是不可变的

StringBuilder 与 StringBuffer

StringBuilder部分源码如下

public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence{
    
    public StringBuilder() {
        //调用父类构造方法
        super(16);
    }

    public StringBuilder(int capacity) {
        //调用父类构造方法
        super(capacity);
    }
    
    .........
}

StringBuffer部分源码如下

public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence {
    
    /**
     * A cache of the last value returned by toString. Cleared whenever the StringBuffer is modified.
     */
    private transient char[] toStringCache;

    public StringBuffer() {
        //调用父类构造方法
        super(16);
    }

    public StringBuffer(int capacity) {
        //调用父类构造方法
        super(capacity);
    }
    
    ...........
}

从StringBuilder和StringBuffer源码可以知道，都继承同一个抽象类 AbstractStringBuilder 。而StringBuilder和StringBuffer 的构造方法都是调用父类构造方法也就是 AbstractStringBuilder 实现的。在AbstractStringBuilder 构造方法中可知，使用了字符数组来保存字符串，但是没有使用 final 来修饰字符数组，所以StringBuilder和StringBuffer是可变的

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    
    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;

    int count;

    AbstractStringBuilder() {
    }

    AbstractStringBuilder(int capacity) {
        value = new char[capacity];
    }
    
    ............
}

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 线程安全性

 String

 由于String对象是不可变的，可以理解为常量，所以String是线程安全的

 StringBuilder和StringBuffer

 由于StringBuilder和StringBuffer都继承了AbstractStringBuilder，在AbstractStringBuilder中定义很多操作字符串的功能函数，同时StringBuilder和StringBuffer基本都对这些功能函数进行的重写。在StringBuffer重写的方法都加上了 synchronized同步锁，所以StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder重写的方法中并没有加入 synchronized同步锁标志，所以是线程不安全的。例子 append(String str)方法 

public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence {
    
    @Override
    public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }
    
    ...........
}

public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence{
    
    @Override
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }
    
    .........
}

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 性能问题

由于String是不可变的对象，所以在每次对String类型进行改变时，都会生成一个新的String对象，然后将引用指向新的String对象。因此经常改变内容的字符串最好不要用String，因为每次生成对象都会对系统性能产生影响，特别是当内存中无引用的对象多了，对JVM的GC压力很大

使用StringBuffer类时，每次都会对StringBuffer对象本身进行操作，而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用StringBuilder相比使用StringBuffer仅能获得 少许性能提升，但多线程不安全

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总结

1. 操作少量的数据: String

2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: StringBuilder

3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: StringBuffer