string和stringbuffer和stringbuilder的区别

String、StringBuffer 和 StringBuilder 这三者在 Java 中都用于处理字符串，但它们之间存在显著的区别，主要体现在可变性、线程安全性和性能这三个核心维度上。

简单来说，核心区别如下：

1. 可变性：

   • String 对象是不可变的。一旦创建，其内容（字符序列）就不能被修改。任何对 String 对象看似修改的操作（如拼接 +、substring()、replace() 等）实际上都会创建一个全新的 String 对象，原始对象保持不变。
   • StringBuffer 和 StringBuilder 对象是可变的。它们提供了一系列方法（如 append()、insert()、delete()、replace() 等）可以直接修改对象内部的字符序列，而无需创建新的对象（除非内部存储容量不足需要扩容）。

2. 线程安全性：

   • String 对象因为其不可变性，天然是线程安全的。多个线程可以同时访问同一个 String 对象而不会引发数据冲突问题，因为谁也无法改变它。
   • StringBuffer 是线程安全的。它的关键方法（如 append(), insert(), delete() 等）都使用了 synchronized 关键字进行同步处理。这意味着在多线程环境下，同一时间只有一个线程能访问并修改 StringBuffer 对象，保证了数据的一致性，但也带来了额外的性能开销（锁竞争）。
   • StringBuilder 是非线程安全的。它的方法没有进行同步处理。在多线程环境下，如果多个线程同时操作同一个 StringBuilder 对象，可能会导致数据不一致或异常。然而，正因为没有同步开销，它的执行效率通常比 StringBuffer 更高。

3. 性能：

   • 对于无需修改的字符串操作，或者修改次数极少的情况，String 的性能表现良好，尤其是利用字符串常量池可以节省内存。
   • 对于需要频繁修改字符串内容的场景：
     • 在单线程环境下，或者可以确保只有一个线程访问该对象的场景（例如方法内的局部变量），StringBuilder 的性能最高，因为它避免了 String 创建新对象的开销和 StringBuffer 的同步开销。
     • 在多线程环境下，如果需要共享并修改同一个字符串序列，并且必须保证线程安全，那么应该使用 StringBuffer。虽然性能低于 StringBuilder，但它能确保操作的原子性和数据一致性。
     • String 在频繁拼接（如循环中使用 +）时性能最差，因为它会不断创建新的 String 对象和中间对象，导致大量的内存分配和垃圾回收。

详细阐述：

深入理解 String 的不可变性

String 被设计成不可变的，这在 Java 中有着重要的意义。当我们声明一个 String s = "hello"; 时，”hello” 这个字面量会被放入字符串常量池（String Constant Pool）。如果之后再有 String s2 = "hello";，s2 会直接指向常量池中已存在的 “hello”，而不是创建新对象。这种机制节省了内存。

当我们执行 s = s + " world"; 时，并不是在原来的 “hello” 后面添加 ” world”。实际发生的是：

1. 创建一个新的 StringBuilder (或 StringBuffer, 取决于JDK版本和编译优化)。
2. 将 s 指向的 “hello” 追加到 StringBuilder 中。
3. 将 ” world” 追加到 StringBuilder 中。
4. 调用 StringBuilder 的 toString() 方法，创建一个新的 String 对象，其内容为 “hello world”。
5. 将变量 s 的引用指向这个新的 String 对象。

原来的 “hello” 对象依然存在于常量池中（如果没有任何引用指向它，最终会被垃圾回收）。这个过程涉及了中间对象的创建，如果在一个循环中大量进行 + 拼接，性能损耗会非常严重。

String 不可变性的优点包括：

• 线程安全：无需任何同步措施即可在多线程中安全共享。
• 安全性：字符串常用于存储敏感信息（如密码、连接URL、文件名等）。不可变性防止了这些值在传递过程中被意外或恶意修改。
• Hashing：因为 String 的内容不会改变，它的 hashCode() 值可以被计算一次并缓存起来。这使得 String 非常适合用作 HashMap、HashSet 等集合的键，提高了查找效率。
• 字符串常量池优化：字面量和 intern() 方法可以将重复的字符串共享同一内存区域。

StringBuffer 与 StringBuilder 的内部机制

StringBuffer 和 StringBuilder 内部都维护一个可变的字符数组 (char[]) 作为缓冲区。当我们调用 append()、insert() 等方法时，它们直接在这个字符数组上进行操作。

初始时，这个数组会有一个默认容量（通常是16个字符，加上初始字符串的长度）。当添加的字符使得现有容量不足时，它们会自动进行扩容。扩容通常是创建一个新的、更大的字符数组（一般是原容量的2倍加2），并将旧数组的内容复制到新数组中，然后在新数组上继续操作。虽然扩容本身也有开销，但相比于 String 每次修改都创建新对象，这种“摊销”后的成本要低得多，尤其是在大量追加操作时。

StringBuffer 和 StringBuilder 的 API 非常相似，它们都继承自 AbstractStringBuilder 类，大部分核心的字符操作逻辑都在这个抽象父类中实现。它们最本质的区别就在于同步性。

• StringBuffer：几乎所有公开的修改方法（如 append, insert, delete, reverse 等）都使用了 synchronized 关键字。这意味着这些方法是同步的，可以保证在多线程环境下的原子性操作。例如，当一个线程正在执行 buffer.append("abc"); 时，其他试图调用 buffer 的任何 synchronized 方法（比如 append, delete 等）的线程都必须等待，直到第一个线程完成 append 操作并释放锁。这保证了多线程操作 StringBuffer 的安全性，但也牺牲了性能，因为同步会带来锁的获取与释放、线程阻塞与唤醒等开销。

• StringBuilder：它移除了 StringBuffer 中的 synchronized 关键字。所有的方法都不是同步的。这使得 StringBuilder 在单线程环境下的执行速度非常快，因为它没有任何锁竞争或同步的开销。但是，如果在多线程环境中共享同一个 StringBuilder 实例并进行修改，就可能出现数据混乱、状态不一致甚至抛出异常（如 ArrayIndexOutOfBoundsException），因为多个线程可能同时在修改底层的字符数组。

如何选择？

选择使用哪个类，主要取决于具体的应用场景：

1. 常量字符串或很少修改：

   • 优先使用 String。代码简洁，利用常量池优化，且天生线程安全。

2. 单线程环境下频繁修改字符串：

   • 优先使用 StringBuilder。这是性能最高的选择，适用于在方法内部进行字符串拼接、构建复杂的字符串输出等场景。例如，在一个循环中构建 SQL 查询语句、生成 HTML 或 JSON 响应等。

3. 多线程环境下共享并频繁修改字符串：

   • 必须使用 StringBuffer。虽然性能不如 StringBuilder，但它能保证在并发环境下的数据一致性和操作的线程安全性。例如，一个被多个线程共享的日志记录器可能使用 StringBuffer 来累积日志信息。

总结

理解 String、StringBuffer 和 StringBuilder 的核心差异——不可变性、线程安全性和由此带来的性能区别——对于编写高效、健壮的 Java 代码至关重要。

• String 是不可变的、线程安全的，适用于表示固定文本，但在频繁修改时性能较差。
• StringBuffer 是可变的、线程安全的，适用于多线程环境下的字符串修改，但有同步开销。
• StringBuilder 是可变的、非线程安全的，适用于单线程环境下的字符串修改，性能最高。

在实际开发中，绝大多数字符串拼接和修改发生在单线程环境（如方法内部），因此 StringBuilder 是最常用的选择。只有在明确需要跨线程共享并修改字符串数据时，才需要考虑使用 StringBuffer。而 String 则主要用于表示那些一旦确定就不再改变的文本数据。明智地选择合适的类，能够有效提升程序的性能和稳定性。