StringBuffer为啥比String快

问题

很多初学者都被问到一个问题，String和StringBuffer有什么区别。然后就有了标准答案：

String是不可变字符串，StringBuffer是不可变字符串，在进行字符串操作时，StringBuffer效率更高。这要从字符串的不变性说起。

字符串不变性

字符串在编程过程中是如此重要，因为程序的结果主要以文本形式（也就是字符串）展现，字符串本身也是程序运行的数据表示（还是因为人呢习惯使用文字描述精确信息），所以字符串就到处被使用。这么基础的东西，如何保障可靠和高效，肯定是Java设计者会考虑的。

什么不变性，看下面的代码：

String str = "zyejy";
str.concat(".com");
System.out.println(str);//输出结果是zyejy

这就是不变性：对字符串的任何操作都不会概念被操作的字符串。

那么问题来了：为什么。还是因为可靠性和性能。

可靠性的例子

字符串String经常作为参数在程序中传递，意味着一个字符串可能在很多地方被引用，比如JVM解析类相关信息的时候也是需要使用String保存信息的，比如类的名称。如果某个地方不小心修改了类名对应的字符串的值，那么可能导致所有对这个类的依赖都会有错误，然后整个程序就GG了。不变的字符串就不会有这个问题了，因为除了实例化时能修改内容，其他任何代码都无法修改一个实例化好的字符串的内容。这是字符串不变性的第一个好处。

天然的多线程安全

因为不可以被概念，多个线程操作字符串时不会导致并发问题，不可变的字符串意味着是天然的线程安全的。

可以缓存hashCode

我们打开String的源码会发现hashCode方法是会缓存的。hashCode的实现如下：

    public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;

            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

 

如果上面的计算过程经常执行，显然是一个不小的计算量，不变性保障了hashCode缓存的可能。这也是为什么很多时候我们使用String作为HashMap的key。

可以缓存

不变意味着可以缓存，需要的时候可以随时拿出来使用。Java中的字符串是有缓存机制的，下面的代码输出的结果是true，这意味着编译器有能力优化字符串的内存占用，让所有内容相同的字符串只需要创建一份：

String str1 = "octopus";
String str2 = "octopus";
// 所有编译前能明确的字符串都会自动优化到字符串缓存池
System.out.println(str1 == str2);

这样，性能也有提高，因为在编译期很多字符串的内容是可以确定的，此时编译器会自动优化减少内存占用和计算资源。

 

回到问题：StringBuffer为啥比String块

因为String的不变会导致字符串操作过程中不断创建字符串，大家可以试着执行下面的代码：

String str1 = "";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    str1 = str1 + ",java";
}

 

你会发现很久这段代码都执行不完，尽管只有区区10万次的循环，因为不变性导致任何对字符串的操作都会产生新的字符串。产生新的字符串需要做大量的工作：内存空间分配，内容复制这些都是非常占资源的。最关键的是，这个操作产的空间占用和复制操作是快速增长的：

第一次我们需要5个字符的空间，第二次需要5+10个字符空间（原来的字符串并不能马上被销毁掉，这是Java的特点：gc，C++完全可以通过代码释放），第n次需要5 * (1 + 2 + ... +n)也就是n 的平方级别的字符空间并进行反复操作，就好像一个1米8的人在舞动一把18米长的刀（请脑补），上面的10万会变成多少呢？大家可以计算下（当然gc会工作的，只是很慢而已）。

所有String进行操作时，对于大字符串效率是很低的。

但是我们在日常代码中是不是需要操作字符串呢？显然是需要的，比如序列化一个对象为json，或者是本身长文本的处理。

这个时候就可以考虑StringBuffer了，你可以认为这不是一个字符串，而是一个字符串操作类。因为它主要提供各种操作，而操作的方式，是在所谓的Buffer也就是缓存的的一个字符数组中操作。虽然StringBuffer还是需要根据操作执行内存的调整，但是算法上可以优化不会经常调整，并且内存增长是n级别的也就是线性级的。字符串长度长大10万倍，内存增加10万倍就可以，在这里是50万个字符，这对现代的计算机不算什么。下面的代码在我的笔记本上1秒钟内可以完成：

StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    sb1.append(",java");
}

 

那个小弟是干嘛的

StringBuilder是JDK5引入的StringBuffer的小弟，他们唯一的区别在前者不是线程安全的，实际计算效率大概有1倍以上的差距。基本上，如果你在方法内部使用字符串拼接，StringBuilder是安全的。至于线程安全，有时间我们再细聊。

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