String 和 StringBuilder 以及StringBuffer

一，介绍

当处理字符串时，Java 提供了三个主要的类：String、StringBuilder 和 StringBuffer。它们之间的区别如下：

String 类：

• String 是最常用的字符串类，用于表示不可变的字符序列。
• String 对象一旦创建，其值就不能被修改，可以被视为常量。
• 当对 String 对象进行拼接、替换等操作时，实际上是创建了一个新的 String 对象，原来的对象并没有改变。
• String 类是线程安全的，可以被多个线程同时访问。

StringBuilder 类：

• StringBuilder 是可变字符串类，用于表示可变的字符序列。
• StringBuilder 对象可以进行修改操作，如拼接、替换、插入和删除等。
• 与 String 不同，对 StringBuilder 进行修改操作时，不会创建新的对象，而是在原有对象上直接进行修改，从而提高了性能。
• StringBuilder 类是非线程安全的，不适合在多线程环境下使用。

StringBuffer 类：

• StringBuffer 也是可变字符串类，与 StringBuilder 功能基本相同，都可以进行修改操作。
• 与 StringBuilder 不同的是，StringBuffer 是线程安全的，它的方法都使用了同步关键字（synchronized）来确保在多线程环境下的安全访问。
• 由于需要考虑线程安全，StringBuffer 的性能相对较低，通常在多线程环境下使用。

选择使用哪个类取决于你的需求：

• 如果字符串不需要修改，或者在多线程环境下使用，应使用 String。
• 如果字符串需要经常修改，且在单线程环境下使用，应使用 StringBuilder。
• 如果字符串需要经常修改，且在多线程环境下使用，应使用 StringBuffer。

需要注意的是，在大部分情况下，推荐使用 StringBuilder，因为它具有较好的性能。只有在多线程环境下，或者需要考虑线程安全性的情况下，才使用 StringBuffer。

二，String 详细介绍

String 类是 Java 中用于表示字符串的不可变类，其底层实现是通过一个 private final char[] value 数组来保存字符串的字符数据。这个 value 数组被声明为 final，表示一旦创建，它的引用指向的内存地址就不能再改变，也就是说，String 对象创建后，其值是不可变的。

在 String 对象创建时，会通过构造函数或者字符串字面量的方式将字符序列传入，然后将这个字符序列复制到 value 数组中。因为 value 是 private 的，并且是 final 的，外部无法直接修改它的内容，从而保证了 String 对象的不可变性。

当对 String 对象进行拼接、替换等操作时，实际上是创建了一个新的 String 对象，而不是在原有对象上进行修改。这是因为 String 的不可变性，为了保证字符串值的稳定性和安全性，对字符串的修改操作都是通过创建新的对象来实现的。

由于 String 类的不可变性，它具有以下优点：

• 线程安全：多个线程可以同时访问同一个 String 对象而不会产生竞争条件。
• 缓存效果：String 对象的值不可变，可以被缓存，用于字符串常量池等场景，提高性能和内存利用率。

但是，String 类的不可变性也会导致以下一些问题：

• 内存开销：每次对字符串进行修改操作时，都会创建一个新的 String 对象，可能导致内存开销较大。
• 性能影响：频繁进行字符串拼接、替换等操作时，会产生大量的临时对象，影响性能。

因此，在需要频繁修改字符串的场景下，推荐使用 StringBuilder 或 StringBuffer 类，它们是可变的，并且在原有对象上直接进行操作，避免了频繁创建对象的开销。

版本差异

从 JDK 9 开始，Java 对 String 类进行了一些底层实现上的优化。在 JDK 9 中，String 类的底层实现引入了 Compact Strings（紧凑字符串）的概念，旨在提高内存使用效率。

在 JDK 9 之前，String 类的底层实现是通过 char 数组来保存字符串的字符数据，每个字符占用 2 个字节。对于大部分字符来说，都能够用一个 char 的 16 位编码表示，但一些辅助字符（Supplementary Characters）需要使用两个 char 来表示，在存储和处理这些辅助字符时会带来额外的内存开销。

而在 JDK 9 中，String 类的底层实现使用了 byte 数组来存储字符串的字符数据，采用了一种称为 Latin-1 编码的压缩形式。通过这种方式，对于只包含拉丁字符（Latin Characters）的字符串，每个字符只需要占用 1 个字节，从而减少了内存的使用。同时，对于辅助字符，仍然使用两个 byte 来表示。

这种底层的改进使得在存储大量只包含拉丁字符的字符串时节省了内存空间，并且不会对字符串的使用方式产生任何影响。Java 在使用字符串时仍然会按照字符的顺序进行迭代，对开发者而言是透明的。

需要注意的是，这种底层的优化只适用于使用了 Latin-1 字符集的字符串。对于包含了非拉丁字符的字符串，仍然会使用 char 数组来表示，保持了与之前版本的兼容性。

总结起来，JDK 9 版本中 String 类的底层实现采用了 Compact Strings 的方式，在存储只包含拉丁字符的字符串时，通过使用 byte 数组来减少内存占用，提高了内存使用效率。这一改进使得 Java 在处理字符串时更加高效，并且对开发者而言是透明的。

三，StringBuffer 详细介绍

StringBuffer 是 Java 中一个可变的字符串类，它提供了一系列用于操作字符串的方法。与 String 类不同，StringBuffer 对象的值可以被修改，因此适用于频繁修改字符串的场景。

StringBuffer 类在底层使用一个可变的字符数组（char[]）来保存字符串的字符数据。它的设计目标是为了提供一种高效的方式来构建和修改字符串，避免频繁创建新的字符串对象带来的性能开销。

下面是 StringBuffer 类的一些重要方法和特点：

1. 构造方法：StringBuffer 类提供了多个构造方法，可以通过传入字符串、字符序列等来创建 StringBuffer 对象。
2. 可变性：StringBuffer 对象的值可以被修改，可以通过调用方法进行字符串的追加、插入、删除和替换等操作。
3. 线程安全：StringBuffer 的方法都使用了 synchronized 关键字来实现同步，因此在多线程环境下可以保证线程安全。如果只在单线程中使用，推荐使用 StringBuilder 类，它与 StringBuffer 功能类似但不具备线程安全性。
4. 追加字符串：使用 append() 方法可以将指定的字符串追加到当前 StringBuffer 对象的末尾。
5. 插入字符串：使用 insert() 方法可以将指定的字符串插入到当前 StringBuffer 对象的指定位置。
6. 删除字符：使用 delete() 方法可以删除当前 StringBuffer 对象指定位置的字符或者一段字符序列。
7. 替换字符：使用 replace() 方法可以将当前 StringBuffer 对象指定位置的字符或者一段字符序列替换为新的字符串。
8. 反转字符串：使用 reverse() 方法可以将当前 StringBuffer 对象的字符序列进行反转。

使用 StringBuffer 类可以避免频繁创建新的字符串对象，特别适用于需要频繁修改字符串内容的情况，比如在循环中进行字符串拼接、处理大量字符串等场景。但需要注意的是，由于 StringBuffer 的方法都是同步的，可能会带来一些性能上的开销，在单线程环境下推荐使用 StringBuilder 类，它功能与 StringBuffer 类相似但不具备线程安全性。

四，StringBuilder 详细介绍

StringBuilder 是 Java 中一个可变的字符串类，它与 StringBuffer 类相似，提供了一系列用于操作字符串的方法。与 String 类不同，StringBuilder 对象的值可以被修改，因此适用于频繁修改字符串的场景。

下面是 StringBuilder 类的一些重要方法和特点：

1. 构造方法：StringBuilder 类提供了多个构造方法，可以通过传入字符串、字符序列等来创建 StringBuilder 对象。
2. 可变性：StringBuilder 对象的值可以被修改，可以通过调用方法进行字符串的追加、插入、删除和替换等操作。
3. 非线程安全：StringBuilder 的方法没有使用 synchronized 关键字进行同步，因此在多线程环境下不具备线程安全性。如果在多线程环境中需要修改字符串，应使用线程安全的 StringBuffer 类。
4. 追加字符串：使用 append() 方法可以将指定的字符串追加到当前 StringBuilder 对象的末尾。
5. 插入字符串：使用 insert() 方法可以将指定的字符串插入到当前 StringBuilder 对象的指定位置。
6. 删除字符：使用 delete() 方法可以删除当前 StringBuilder 对象指定位置的字符或者一段字符序列。
7. 替换字符：使用 replace() 方法可以将当前 StringBuilder 对象指定位置的字符或者一段字符序列替换为新的字符串。
8. 反转字符串：使用 reverse() 方法可以将当前 StringBuilder 对象的字符序列进行反转。

StringBuilder 类的设计目标是为了提供一种高效的方式来构建和修改字符串，特别适用于需要频繁修改字符串内容的情况。由于没有进行同步，StringBuilder 的性能比 StringBuffer 更高，因此在单线程环境中推荐使用 StringBuilder 类。如果在多线程环境中需要修改字符串，应使用线程安全的 StringBuffer 类。

使用 StringBuilder 类可以避免频繁创建新的字符串对象，提高性能。它可以在循环中进行字符串拼接、处理大量字符串等场景中发挥作用。

五，区别

String、StringBuilder和StringBuffer是Java中用于处理字符串的类，它们之间的主要区别如下：

1. 可变性：

• String类是不可变的，一旦创建了String对象，其值就不能被修改。每次对字符串进行修改操作（如拼接、替换等），都会创建一个新的String对象。
• StringBuilder和StringBuffer类是可变的，它们提供了修改字符串内容的方法，而不会创建新的对象。可以在原有对象上直接进行操作，从而提高性能。

2. 线程安全性：

• String类是线程安全的，因为它是不可变的，多个线程可以同时访问同一个String对象而不会产生竞争条件。
• StringBuilder类是非线程安全的，如果多个线程同时修改同一个StringBuilder对象，可能导致数据不一致或产生竞争条件。
• StringBuffer类是线程安全的，它的方法都使用了同步关键字（synchronized）来确保在多线程环境下的安全访问，但这也降低了性能。

3. 性能：

• 由于String类是不可变的，每次对字符串进行修改操作时，需要创建新的String对象，可能导致内存开销较大。
• StringBuilder和StringBuffer类是可变的，可以直接修改原字符串对象，避免了创建新对象的开销。在频繁修改字符串的场景下，StringBuilder和StringBuffer的性能更好。StringBuilder是非线程安全的，适用于单线程环境；而StringBuffer是线程安全的，适用于多线程环境。

综上所述，如果字符串不需要被修改或在多线程环境下使用，建议使用String类；如果字符串需要频繁修改且在单线程环境下使用，建议使用StringBuilder；如果在多线程环境下使用，或者需要考虑线程安全性，建议使用StringBuffer。

六，总结

Java中用于处理字符串的类有String、StringBuilder和StringBuffer。它们之间的主要区别如下：

1.可变性：

String类是不可变的，一旦创建了对象，其值就不能被修改，每次对字符串进行修改操作（如拼接、替换等），都会创建一个新的String对象。

StringBuilder和StringBuffer类是可变的，它们提供了修改字符串内容的方法，而不会创建新的对象。可以在原有对象上直接进行操作，从而提高性能。

2.线程安全性：

String类是线程安全的，因为它是不可变的，多个线程可以同时访问同一个String对象而不会产生竞争条件。

StringBuilder类是非线程安全的，如果多个线程同时修改同一个对象，可能导致数据不一致或产生竞争条件。

StringBuffer类是线程安全的，它的方法都使用了同步关键字（synchronized）来确保在多线程环境下的安全访问，但这也降低了性能。

3.性能：

由于String类是不可变的，每次对字符串进行修改操作时，需要创建新的对象，可能导致内存开销较大。

StringBuilder和StringBuffer类是可变的，可以直接修改原字符串对象，避免了创建新对象的开销。在频繁修改字符串的场景下，StringBuilder和StringBuffer的性能更好。StringBuilder是非线程安全的，适用于单线程环境；而StringBuffer是线程安全的，适用于多线程环境。

综上所述，如果字符串不需要被修改或在多线程环境下使用，建议使用String类；如果字符串需要频繁修改且在单线程环境下使用，建议使用StringBuilder；如果在多线程环境下使用，或者需要考虑线程安全性，建议使用StringBuffer。