java中String、StringBuffer與StringBuilder的區別是什么

# Java中String、StringBuffer與StringBuilder的區別是什么

在Java編程中，字符串處理是最常見的操作之一。Java提供了三種主要的字符串操作類：`String`、`StringBuffer`和`StringBuilder`。雖然它們都可以用于處理字符串，但在使用場景、性能和線程安全性等方面存在顯著差異。本文將深入探討這三者的區別，并通過代碼示例幫助讀者理解如何選擇合適的類。

---

## 1. 不可變性與可變性

### 1.1 String的不可變性
`String`類是不可變的（immutable），這意味著一旦創建了一個`String`對象，它的值就不能被修改。任何對`String`的操作（如拼接、替換等）都會生成一個新的`String`對象。

```java
String str = "Hello";
str.concat(" World"); // 生成新對象，原str不變
System.out.println(str); // 輸出: Hello

特點： - 線程安全（因為不可變對象天然線程安全）。 - 頻繁修改會導致大量臨時對象，影響性能。

1.2 StringBuffer與StringBuilder的可變性

StringBuffer和StringBuilder是可變的（mutable），它們提供了append()、insert()、delete()等方法直接修改對象內容，而無需創建新對象。

StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
sb.append(" World"); // 直接修改原對象
System.out.println(sb); // 輸出: Hello World

共同特點： - 適合頻繁修改字符串的場景。 - 避免了不必要的對象創建。

2. 線程安全性

2.1 StringBuffer的線程安全

StringBuffer是線程安全的，它的所有方法都使用synchronized關鍵字修飾，確保多線程環境下的數據一致性。

StringBuffer buffer = new StringBuffer();
buffer.append("Thread-safe");

適用場景：多線程環境下需要修改字符串。

2.2 StringBuilder的非線程安全

StringBuilder不是線程安全的，它的方法沒有同步機制，因此在多線程環境下可能導致數據不一致。

StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append("Not thread-safe");

適用場景：單線程環境或性能要求較高的場景。

2.3 String的線程安全

由于String是不可變的，它是線程安全的，但僅限于“讀操作”。如果涉及字符串修改，仍需通過同步機制保證安全。

3. 性能對比

3.1 字符串拼接性能

在頻繁修改字符串的場景中，StringBuilder和StringBuffer的性能遠高于String，因為后者每次修改都會生成新對象。

測試代碼：

long startTime = System.currentTimeMillis();
String str = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    str += i; // 每次循環生成新對象
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("String耗時: " + (endTime - startTime) + "ms");

結果： - String：耗時高（約200ms）。 - StringBuilder/StringBuffer：耗時低（約1-2ms）。

3.2 StringBuilder vs StringBuffer

由于StringBuffer的同步開銷，其性能略低于StringBuilder（約10%-15%的差距）。在單線程環境下，優先使用StringBuilder。

4. 使用場景總結

4.1 何時使用String？

• 字符串內容不需要修改。
• 需要線程安全的“讀操作”。

4.2 何時使用StringBuffer？

• 多線程環境下頻繁修改字符串。
• 例如：Web應用中的動態SQL拼接。

4.3 何時使用StringBuilder？

• 單線程環境下頻繁修改字符串。
• 例如：本地日志拼接、JSON字符串構建。

5. 代碼示例

5.1 String的不可變性示例

String s1 = "Java";
String s2 = s1.concat(" Programming");
System.out.println(s1); // 輸出: Java（原對象未變）
System.out.println(s2); // 輸出: Java Programming

5.2 StringBuffer的線程安全示例

StringBuffer buffer = new StringBuffer();
Runnable task = () -> {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        buffer.append(i);
    }
};
Thread t1 = new Thread(task);
Thread t2 = new Thread(task);
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(buffer.length()); // 輸出: 2000

5.3 StringBuilder的高性能示例

StringBuilder builder = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    builder.append(i); // 無同步開銷
}
System.out.println(builder.length());

6. 總結

• String：適用于靜態字符串，線程安全但性能低。
• StringBuffer：適用于多線程環境，線程安全但性能中等。
• StringBuilder：適用于單線程環境，性能最高但不安全。

在實際開發中，應根據線程需求和性能要求選擇合適的類。JDK 9+引入了String的底層優化（如Compact Strings），但上述核心差異仍然適用。

”`