String、StringBuffer 和 StringBuilder 的区别

目录

1. 概述对比

2. String：不可变的字符串

2.1 基本特性

2.2 使用示例

2.3 适用场景

3. StringBuffer：可变的线程安全字符串

3.1 基本特性

3.2 使用示例

3.3 适用场景

4. StringBuilder：可变的非线程安全字符串

4.1 基本特性

4.2 使用示例

4.3 适用场景

5. 性能对比

5.1 性能测试代码

5.2 测试结果

6. 内存使用对比

6.1 String 的内存使用

6.2 StringBuffer/StringBuilder 的内存使用

7. 最佳实践

7.1 选择原则

7.2 代码示例

7.3 初始化容量优化

8. 总结

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在 Java 开发中，字符串处理是最常见的操作之一。Java 提供了三种主要的字符串类：String、StringBuffer 和 StringBuilder。理解它们之间的区别对于编写高效、正确的代码至关重要。

1. 概述对比

特性	String	StringBuffer	StringBuilder
可变性	不可变	可变	可变
线程安全	是（天生线程安全）	是（同步方法）	否（非线程安全）
性能	最低（频繁创建新对象）	中等（有同步开销）	最高（无同步开销）
使用场景	字符串常量、少量操作	多线程环境下的字符串操作	单线程环境下的字符串操作
内存效率	低（频繁操作时）	高	最高
版本引入	Java 1.0	Java 1.0	Java 5

2. String：不可变的字符串

2.1 基本特性

String 是不可变类，一旦创建就不能修改。任何看似修改 String 的操作实际上都是创建了一个新的 String 对象。

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {private final char value[]; // Java 8 及之前private final byte[] value; // Java 9 及之后// ...
}

2.2 使用示例

// 创建字符串
String str1 = "Hello"; // 字面量方式，放入字符串常量池
String str2 = new String("Hello"); // 创建新对象// 字符串操作（都返回新对象）
String result = str1.concat(" World"); // 拼接
String upper = result.toUpperCase();   // 转大写
String sub = result.substring(6);      // 子字符串System.out.println(str1); // 输出: Hello（原字符串未改变）
System.out.println(result); // 输出: Hello World

2.3 适用场景

• 字符串常量定义
• 不需要频繁修改的字符串
• 作为 HashMap 的键（利用不可变性）
• 多线程环境下的字符串共享

3. StringBuffer：可变的线程安全字符串

3.1 基本特性

StringBuffer 是可变的字符序列，所有修改方法都使用 synchronized 关键字保证线程安全。

public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence {@Overridepublic synchronized StringBuffer append(String str) {toStringCache = null;super.append(str);return this;}// 其他方法也都是同步的
}

3.2 使用示例

StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");// 链式操作，直接修改原对象
sb.append(" ").append("World").append("!").insert(5, " Beautiful");System.out.println(sb.toString()); // 输出: Hello Beautiful World!// 线程安全示例
StringBuffer threadSafeBuffer = new StringBuffer();
Runnable task = () -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {threadSafeBuffer.append(i).append(" ");}
};// 多个线程同时操作是安全的
Thread t1 = new Thread(task);
Thread t2 = new Thread(task);
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();

3.3 适用场景

• 多线程环境下的字符串操作
• 需要线程安全的字符串构建
• 复杂的字符串拼接和修改

4. StringBuilder：可变的非线程安全字符串

4.1 基本特性

StringBuilder 与 StringBuffer API 几乎完全相同，但方法没有同步，因此性能更高。

public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence {@Overridepublic StringBuilder append(String str) {super.append(str);return this;}// 方法没有 synchronized 关键字
}

4.2 使用示例

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");// 高效的链式操作
sb.append(" ").append("World").append("!").insert(5, " Amazing");System.out.println(sb.toString()); // 输出: Hello Amazing World!// 单线程环境下性能最佳
long startTime = System.currentTimeMillis();
StringBuilder builder = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {builder.append(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("StringBuilder 耗时: " + (endTime - startTime) + "ms");

4.3 适用场景

• 单线程环境下的字符串操作
• 性能要求高的字符串处理
• 大量的字符串拼接和修改

5. 性能对比

5.1 性能测试代码

public class StringPerformanceTest {private static final int ITERATIONS = 100000;public static void testString() {long start = System.currentTimeMillis();String str = "";for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++) {str += i; // 每次循环创建新对象}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("String 耗时: " + (end - start) + "ms");}public static void testStringBuffer() {long start = System.currentTimeMillis();StringBuffer sb = new StringBuffer();for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++) {sb.append(i);}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("StringBuffer 耗时: " + (end - start) + "ms");}public static void testStringBuilder() {long start = System.currentTimeMillis();StringBuilder sb = new StringBuilder();for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++) {sb.append(i);}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("StringBuilder 耗时: " + (end - start) + "ms");}public static void main(String[] args) {testString();testStringBuffer();testStringBuilder();}
}

5.2 测试结果

String 耗时: 4235ms
StringBuffer 耗时: 8ms
StringBuilder 耗时: 5ms

6. 内存使用对比

6.1 String 的内存使用

String result = "";
for (int i = 0; i < 10; i++) {result += i; // 创建11个String对象
}
// 产生大量垃圾对象，增加GC压力

6.2 StringBuffer/StringBuilder 的内存使用

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {sb.append(i); // 在同一个缓冲区中操作
}
// 只在需要时扩容，内存使用高效

7. 最佳实践

7.1 选择原则

1.使用 String：

• 字符串常量
• 不需要修改的字符串
• 多线程共享的字符串

2.使用 StringBuffer：

• 多线程环境下的字符串操作
• 需要线程安全的字符串构建

3.使用 StringBuilder：

• 单线程环境下的字符串操作
• 性能要求高的场景
• 方法内部的字符串处理

7.2 代码示例

public class StringBestPractices {// 常量使用 Stringpublic static final String DATABASE_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb";// 方法参数使用 String（不可变，安全）public void processMessage(String message) {// 处理消息}// 单线程字符串构建使用 StringBuilderpublic String buildQuery(List<String> conditions) {StringBuilder query = new StringBuilder("SELECT * FROM users WHERE 1=1");for (String condition : conditions) {query.append(" AND ").append(condition);}return query.toString();}// 多线程环境使用 StringBufferpublic class ThreadSafeLogger {private StringBuffer logBuffer = new StringBuffer();public synchronized void log(String message) {logBuffer.append(new Date()).append(": ").append(message).append("\n");}public String getLog() {return logBuffer.toString();}}
}

7.3 初始化容量优化

// 如果知道大致长度，可以预先设置容量
StringBuilder sb = new StringBuilder(1000); // 预分配容量
for (int i = 0; i < 1000; i++) {sb.append("item").append(i).append(",");
}
// 避免多次扩容，提高性能

8. 总结

方面	String	StringBuffer	StringBuilder
核心特点	不可变	可变、线程安全	可变、非线程安全
性能排序	最慢	中等	最快
线程安全	是	是	否
内存效率	低（频繁操作时）	高	最高
使用场景	常量、少量操作	多线程字符串操作	单线程字符串操作

黄金法则：

• 如果字符串不需要改变：使用 String
• 如果在单线程中需要改变字符串：使用 StringBuilder
• 如果在多线程中需要改变字符串：使用 StringBuffer

希望本篇文章对你有帮助。