String,StringBuffer與StringBuilder的區別|線程安全與線程不安全


String 字符串常量
StringBuffer 字符串變量(線程安全)
StringBuilder 字符串變量(非線程安全)

 簡要的說, String 類型和 StringBuffer 類型的主要性能區別其實在於 String 是不可變的對象, 因此在每次對 String 類型進行改變的時候其實都等同於生成了一個新的 String 對象,然后將指針指向新的 String 對象,所以經常改變內容的字符串最好不要用 String ,因為每次生成對象都會對系統性能產生影響,特別當內存中無引用對象多了以后, JVM 的 GC 就會開始工作,那速度是一定會相當慢的。
 而如果是使用 StringBuffer 類則結果就不一樣了,每次結果都會對 StringBuffer 對象本身進行操作,而不是生成新的對象,再改變對象引用。所以在一般情況下我們推薦使用 StringBuffer ,特別是字符串對象經常改變的情況下。而在某些特別情況下, String 對象的字符串拼接其實是被 JVM 解釋成了 StringBuffer 對象的拼接,所以這些時候 String 對象的速度並不會比 StringBuffer 對象慢,而特別是以下的字符串對象生成中, String 效率是遠要比 StringBuffer 快的:
 String S1 = “This is only a” + “ simple” + “ test”;
 StringBuffer Sb = new StringBuilder(“This is only a”).append(“ simple”).append(“ test”);
 你會很驚訝的發現,生成 String S1 對象的速度簡直太快了,而這個時候 StringBuffer 居然速度上根本一點都不占優勢。其實這是 JVM 的一個把戲,在 JVM 眼里,這個
 String S1 = “This is only a” + “ simple” + “test”; 其實就是:
 String S1 = “This is only a simple test”; 所以當然不需要太多的時間了。但大家這里要注意的是,如果你的字符串是來自另外的 String 對象的話,速度就沒那么快了,譬如:
String S2 = “This is only a”;
String S3 = “ simple”;
String S4 = “ test”;
String S1 = S2 +S3 + S4;
這時候 JVM 會規規矩矩的按照原來的方式去做

在大部分情況下 StringBuffer > String
StringBuffer
Java.lang.StringBuffer線程安全的可變字符序列。一個類似於 String 的字符串緩沖區,但不能修改。雖然在任意時間點上它都包含某種特定的字符序列,但通過某些方法調用可以改變該序列的長度和內容。
可將字符串緩沖區安全地用於多個線程。可以在必要時對這些方法進行同步,因此任意特定實例上的所有操作就好像是以串行順序發生的,該順序與所涉及的每個線程進行的方法調用順序一致。
StringBuffer 上的主要操作是 append 和 insert 方法,可重載這些方法,以接受任意類型的數據。每個方法都能有效地將給定的數據轉換成字符串,然后將該字符串的字符追加或插入到字符串緩沖區中。append 方法始終將這些字符添加到緩沖區的末端;而 insert 方法則在指定的點添加字符。
例如,如果 z 引用一個當前內容是“start”的字符串緩沖區對象,則此方法調用 z.append("le") 會使字符串緩沖區包含“startle”,而 z.insert(4, "le") 將更改字符串緩沖區,使之包含“starlet”。
在大部分情況下 StringBuilder > StringBuffer
java.lang.StringBuilde
java.lang.StringBuilder一個可變的字符序列是5.0新增的。此類提供一個與 StringBuffer 兼容的 API,但不保證同步。該類被設計用作 StringBuffer 的一個簡易替換,用在字符串緩沖區被單個線程使用的時候(這種情況很普遍)。如果可能,建議優先采用該類,因為在大多數實現中,它比 StringBuffer 要快。兩者的方法基本相同。

 

關於線程和線程不安全:

 

概述

編輯
如果你的代碼所在的進程中有多個線程在同時運行,而這些線程可能會同時運行這段代碼。如果每次運行結果和 單線程運行的結果是一樣的,而且其他的變量的值也和預期的是一樣的,就是線程安全的。
或者說:一個類或者程序所提供的接口對於線程來說是 原子操作或者多個線程之間的切換不會導致該接口的執行結果存在二義性,也就是說我們不用考慮同步的問題。
線程安全問題都是由 全局變量靜態變量引起的。
若每個線程中對全局變量、靜態變量只有讀操作,而無寫操作,一般來說,這個全局變量是線程安全的;若有多個線程同時執行寫操作,一般都需要考慮 線程同步,否則的話就可能影響線程安全。

安全性

編輯
類要成為線程安全的,首先必須在 單線程環境中有正確的行為。如果一個類實現正確(這是說它符合規格說明的另一種方式),那么沒有一種對這個類的對象的操作序列(讀或者寫公共字段以及調用公共方法)可以讓對象處於無效狀態,觀察到對象處於無效狀態、或者違反類的任何不可變量、前置條件或者后置條件的情況。
此外,一個類要 成為線程安全的,在被多個線程訪問時,不管運行時環境執行這些線程有什么樣的時序安排或者交錯,它必須仍然有如上所述的正確行為,並且在調用的代碼中沒有任何額外的同步。其效果就是,在所有線程看來,對於線程安全對象的操作是以固定的、全局一致的順序發生的。
正確性與 線程安全性之間的關系非常類似於在描述 ACID(原子性、一致性、獨立性和持久性) 事務時使用的一致性與獨立性之間的關系:從特定線程的角度看,由不同線程所執行的對象操作是先后(雖然順序不定)而不是 並行執行的。

舉例

編輯
比如一個 ArrayList 類,在添加一個元素的時候,它可能會有兩步來完成:1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素;2. 增大 Size 的值。
單線程運行的情況下,如果 Size = 0,添加一個元素后,此元素在位置 0,而且 Size=1;
而如果是在多線程情況下,比如有兩個線程,線程 A 先將元素存放在位置 0。但是此時 CPU 調度線程A暫停,線程 B 得到運行的機會。線程B也向此 ArrayList 添加元素,因為此時 Size 仍然等於 0 (注意哦,我們假設的是添加一個元素是要兩個步驟哦,而線程A僅僅完成了步驟1),所以線程B也將元素存放在位置0。然后線程A和線程B都繼續運行,都增加 Size 的值。
那好,我們來看看 ArrayList 的情況,元素實際上只有一個,存放在位置 0,而 Size 卻等於 2。這就是“線程不安全”了。

安全程度

編輯
線程安全性不是一個非真即假的命題。 Vector 的方法都是同步的,並且 Vector 明確地設計為在多線程環境中工作。但是它的線程安全性是有限制的,即在某些方法之間有狀態依賴(類似地,如果在迭代過程中 Vector 被其他線程修改,那么由 Vector.iterator() 返回的 iterator會拋出ConcurrentModificationException)。
對於 Java 類中常見的線程安全性級別,沒有一種 分類系統可被廣泛接受,不過重要的是在編寫類時盡量記錄下它們的線程安全行為。
Bloch 給出了描述五類線程安全性的分類方法:不可變、線程安全、有條件線程安全、線程兼容和線程對立。只要明確地記錄下線程安全特性,那么您是否使用這種系統都沒關系。這種系統有其局限性 -- 各類之間的界線不是百分之百地明確,而且有些情況它沒照顧到 -- 但是這套系統是一個很好的起點。這種分類系統的核心是調用者是否可以或者必須用外部同步包圍操作(或者一系列操作)。下面幾節分別描述了 線程安全性的這五種類別。

不可變

不可變的對象一定是線程安全的,並且永遠也不需要額外的同步 [1]  。因為一個不可變的對象只要構建正確,其外部可見狀態永遠也不會改變,永遠也不會看到它處於不一致的狀態。Java 類庫中大多數基本數值類如 Integer 、 String 和 BigInteger 都是不可變的。
需要注意的是,對於Integer,該類不提供add方法,加法是使用+來直接操作。而+操作是不具線程安全的。這是提供原子操作類AtomicInteger的原因。

線程安全

線程安全的對象具有在上面“線程安全”一節中描述的屬性 -- 由類的規格說明所規定的約束在對象被多個線程訪問時仍然有效,不管運行時環境如何排列,線程都不需要任何額外的同步。這種 線程安全性保證是很嚴格的 -- 許多類,如 Hashtable 或者 Vector 都不能滿足這種嚴格的定義。

有條件的

有條件的線程安全類對於單獨的操作可以是線程安全的,但是某些操作序列可能需要外部同步。條件線程安全的最常見的例子是遍歷由 Hashtable 或者 Vector 或者返回的 迭代器 -- 由這些類返回的 fail-fast 迭代器假定在迭代器進行遍歷的時候底層集合不會有變化。為了保證其他線程不會在遍歷的時候改變集合,進行迭代的線程應該確保它是獨占性地訪問集合以實現遍歷的完整性。通常,獨占性的訪問是由對鎖的同步保證的 -- 並且類的文檔應該說明是哪個鎖(通常是對象的內部監視器(intrinsic monitor))。
如果對一個有條件線程安全類進行記錄,那么您應該不僅要記錄它是有條件線程安全的,而且還要記錄必須防止哪些操作序列的並發訪問。用戶可以合理地假設其他操作序列不需要任何額外的同步。

線程兼容

線程兼容類不是線程安全的,但是可以通過正確使用同步而在並發環境中安全地使用。這可能意味着用一個 synchronized 塊包圍每一個方法調用,或者創建一個包裝器對象,其中每一個方法都是同步的(就像 Collections.synchronizedList() 一樣)。也可能意味着用 synchronized 塊包圍某些操作序列。為了最大程度地利用線程兼容類,如果所有調用都使用同一個塊,那么就不應該要求調用者對該塊同步。這樣做會使線程兼容的對象作為變量實例包含在其他線程安全的對象中,從而可以利用其所有者對象的同步。
許多常見的類是線程兼容的,如集合類 ArrayList 和 HashMap 、 java.text.SimpleDateFormat 、或者 JDBC 類 Connection 和 ResultSet 。

線程對立

線程對立類是那些不管是否調用了外部同步都不能在並發使用時安全地呈現的類。線程對立很少見,當類修改靜態數據,而靜態數據會影響在其他線程中執行的其他類的行為,這時通常會出現線程對立。線程對立類的一個例子是調用 System.setOut() 的類。


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