Java中的String、StringBuilder和StringBuffer的区别

描述
在Java中，String、StringBuilder和StringBuffer是三个用于处理字符串的常用类。它们最核心的区别在于可变性、线程安全性和性能。理解这些区别对于编写高效、正确的Java程序至关重要。

知识讲解

1. String（字符串常量）

   • 核心特性：不可变性。这是理解String的关键。一旦一个String对象被创建，它所包含的字符序列就不能被改变。任何看似修改String的操作（比如拼接、替换），实际上都是创建了一个全新的String对象。
   • 内存机制：我们通过代码来理解。

     String str = "Hello";
     str = str + " World"; // 看似修改了str
     

     第一行，JVM会在字符串常量池中创建"Hello"对象，变量str指向它。
     第二行，JVM会先创建一个新的String对象，内容是"Hello World"，然后让变量str指向这个新对象。原来的"Hello"对象依然存在于内存中，等待垃圾回收。
   • 线程安全性：因为String对象是不可变的，所以它天生就是线程安全的。多个线程可以同时读取同一个String对象而不会产生数据不一致的问题。
   • 性能：由于不可变性，在频繁进行字符串修改（如循环内拼接）的场景下，会产生大量临时对象，增加GC（垃圾回收）压力，性能较差。

2. StringBuffer（字符串变量）

   • 核心特性：可变且线程安全。StringBuffer代表一个字符序列可以被修改的字符串。它提供了一系列方法（如append, insert, delete）来直接修改对象本身的内容，而不会每次都创建新对象。
   • 线程安全性：StringBuffer的关键方法（如append）都使用了synchronized关键字进行同步，这意味着同一时间只有一个线程能调用这些方法。因此，它是线程安全的，适合在多线程环境下使用。
   • 性能：由于对象本身可被修改，在频繁修改字符串的场景下，性能远胜于String。但由于使用了同步锁，在单线程环境下会带来不必要的性能开销。

3. StringBuilder（字符串变量）

   • 核心特性：可变但非线程安全。StringBuilder是JDK 1.5中新增的类，它和StringBuffer几乎完全一样，也提供了一系列修改字符串内容的方法。
   • 线程安全性：StringBuilder没有使用synchronized关键字来修饰方法，因此它不是线程安全的。如果多个线程同时操作一个StringBuilder实例，可能会导致数据不一致的问题。
   • 性能：由于去掉了同步锁的开销，StringBuilder在单线程环境下的性能是三者中最高的。

总结与选择策略

如何选择？

• 使用 String：当你的字符串不需要频繁修改，或者明确需要其不可变特性（如作为Map的键）时。
• 使用 StringBuilder：当你在单线程环境下需要进行大量的字符串拼接、修改操作时。这是目前最常见的场景。
• 使用 StringBuffer：当你在多线程环境下，且多个线程可能同时修改同一个字符串对象时。

简单验证示例

// 性能对比：String的拼接 vs StringBuilder的append
int n = 100000;

// 1. 使用String拼接（性能差）
long startTime1 = System.currentTimeMillis();
String result1 = "";
for (int i = 0; i < n; i++) {
    result1 += i; // 每次循环都可能创建新对象
}
long endTime1 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("String拼接耗时: " + (endTime1 - startTime1) + " ms");

// 2. 使用StringBuilder拼接（性能优）
long startTime2 = System.currentTimeMillis();
StringBuilder result2 = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < n; i++) {
    result2.append(i); // 始终修改同一个对象
}
long endTime2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("StringBuilder拼接耗时: " + (endTime2 - startTime2) + " ms");

运行这段代码，你会直观地看到StringBuilder在大量拼接操作下的性能优势。