【後端面經-Java】String與StringBuffer與StringBuilder的比較詳情 - java,後端,字符串,string,面試問題 cyl173 博客

1. String

不可變
查看String源碼如下：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence{
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** The offset is the first index of the storage that is used. */
    private final int offset;

    /** The count is the number of characters in the String. */
    private final int count;

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
    
    ......
}

由源碼可知，String中存儲數據的數組被關鍵字final修飾，因此是不可變的

運算和操作
1. 創建對象
  創建對象有兩種方式：
```
//方式一
  String str = "abc";
//方式二
  String str = new String("abc");
```
  兩種方式都會在棧中創建一個字符串變量str，但它們的內存分配方式是不同的。
  我們可以通過如下代碼直觀看出兩種方式的不同
```
  String str1 = "abc";
  String str2 = "abc";
  String str3 = new String("abc");
  String str4 = new String("abc");
  System.out.println(str1 == str2); //true
  System.out.println(str3 == str4); //false
```
  為了理解這部分內容，最好先了解一下Java中的內存分配機制，可參考此篇博客：【後端面經-Java】JVM內存分區詳解
  總之，簡單來説，內存主要分為棧、堆、方法區等部分，棧中存放局部變量，堆中存放對象實例和數組，方法區中存放類信息和常量等，常量池一開始均在方法區中，後來運行時常量池轉移到堆中，下文均按照這種內存分配模型來討論。
  下圖展示了兩種創建方式下的內存情況：
  - 方式一：
    - 在棧中創建一個變量之後，需要指向具體的值，首先會在常量池中查找abc，如果找到，則指向這個字符串，如果沒有找到，在運行時常量池中創建這一字符串，然後指向它。
    - 因此，str1和str2指向的是同一個字符串，即同一個內存單元，所以str1 == str2為true
  - 方式二
    - 在棧中創建一個變量之後，在堆中構造一個新的字符串對象，然後指向它。
    - 因此，str3和str4指向的是兩個不同的內存單元，所以str3 == str4為false
2. "+"運算
  - 每次"+"運算雖然看似很簡便，實際上需要創建一個新的String對象來接收結果，而作為運算數的String對象依然存在於堆中，成為垃圾佔用堆空間，需要Java垃圾回收機制進行處理。（關於Java垃圾回收機制，可參考此篇博文：【後端面經-Java】JVM垃圾回收機制）
  - 這種操作是非常低效的，且造成了大量的內存佔用，因此在實際開發中，應儘量避免使用"+"運算符來進行字符串拼接，而應該使用StringBuffer或StringBuilder來進行字符串拼接。
3. substring() && replace() && concat()
  - 這些操作的一個特點就是：創建新的String對象承接結果，而原來的String對象依然存在於堆中。
適用場景
1. 適用於字符串不需修改的場景。
  
  2. StringBuffer
可變
1. StringBuffer源代碼中數組是可變長度的。
線程安全
1. 在類定義過程中，適用synchronized關鍵字，保證線程安全。
2. 線程安全與否是StringBuffer和StringBuilder的重要區別之一。
運算和操作
1. append()：在字符串末尾添加新字符串；
2. insert()：在指定位置插入新字符串；
3. toString()：將StringBuffer轉換為String；
適用場景
- 多線程，字符串需要頻繁修改
  
  3. StringBuilder
可變
1. 和StringBuffer一樣，StringBuilder源代碼中數組是可變長度的。
線程不安全
1. 並沒有使用synchronized關鍵字，因此線程不安全。
2. 因為線程不安全，不需要考慮線程安全的處理，所以StringBuilder的性能比StringBuffer略高。
適用場景：
1. 單線程，字符串需要頻繁修改

4. 性能提升

為了提升性能，避免在字符串需要修改的場景下使用String類；
在初始定義時預先估計字符串的長度，對StringBuilder和StringBuffer進行初始化，避免頻繁擴容，提升性能。

 StringBuilder sb = new StringBuilder(100);
 StringBuffer sb = new StringBuffer(100);
``

## 5. 總結和比較
下圖是對三者進行的比較：
![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/cyl173/Imagebed/String相關類對比.png)


## 面試模擬
> Q：簡單介紹一下String和StringBuilder的區別
> A：首先，String定義的字符串是不可變的，使用拼接函數或者操作符將會創建一個新的String對象，性能不高;而StringBuilder定義的字符串可變，且線程不安全使得其具有較好的性能，在字符串需要頻繁修改的場景下，使用StringBuilder會更好。


## 參考資料
1. [Java String、StringBuffer 和 StringBuilder 的區別](https://www.runoob.com/w3cnote/java-different-of-string-stringbuffer-stringbuilder.html)
2. [Java中String和StringBuilder的區別](https://www.techiedelight.com/zh/difference-between-string-stringbuilder-java/)