全面解釋java中StringBuilder、StringBuffer、String類之間的關系

StringBuilder、StringBuffer、String類之間的關系

　　java中String、StringBuffer、StringBuilder是編程中經常使用的字符串類，在上一篇博文中我們已經熟悉String字符串的特性和使用，而StringBuffer、StringBuilder又是怎么樣的字符串類呢？？他們之間的區別和關系又是什么呢？？這問題經常在面試中會問到，現在總結一下，看看他們的不同與相同。

1.可變與不可變

1）String類中使用字符數組保存字符串，如下就是，因為有“final”修飾符，所以可以知道string對象是不可變的。

　　　　private final char value[];

String的值是不可變的，這就導致每次對String的操作都會生成新的String對象，不僅效率低下，而且大量浪費有限的內存空間。

String a = "a"; //假設a指向地址0x0001
a = "b";//重新賦值后a指向地址0x0002，但0x0001地址中保存的"a"依舊存在，但已經不再是a所指向的,a 已經指向了其它地址。 

因此String的操作都是改變賦值地址而不是改變值操作。

2）StringBuilder與StringBuffer都繼承自AbstractStringBuilder類，在AbstractStringBuilder中也是使用字符數組保存字符串，如下就是，可知這兩種對象都是可變的。

　　　　char[] value;

StringBuffer是可變類，和線程安全的字符串操作類，任何對它指向的字符串的操作都不會產生新的對象。 每個StringBuffer對象都有一定的緩沖區容量，當字符串大小沒有超過容量時，不會分配新的容量，當字符串大小超過容量時，會自動增加容量。

StringBuffer buf=new StringBuffer(); //分配長16字節的字符緩沖區
StringBuffer buf=new StringBuffer(512); //分配長512字節的字符緩沖區
StringBuffer buf=new StringBuffer("this is a test")//在緩沖區中存放了字符串，並在后面預留了16字節的空緩沖區。 

StringBuffer和StringBuilder類功能基本相似，主要區別在於StringBuffer類的方法是多線程、安全的，而StringBuilder不是線程安全的，相比而言，StringBuilder類會略微快一點。對於經常要改變值的字符串應該使用StringBuffer和StringBuilder類。

2.是否多線程安全

String中的對象是不可變的，也就可以理解為常量，顯然線程安全。

AbstractStringBuilder是StringBuilder與StringBuffer的公共父類，定義了一些字符串的基本操作，如expandCapacity、append、insert、indexOf等公共方法。

StringBuffer對方法加了同步鎖或者對調用的方法加了同步鎖，所以是線程安全的。看如下源碼：

 

public synchronized StringBuffer reverse() {
    super.reverse();
    return this;
}

public int indexOf(String str) {
    return indexOf(str, 0);        //存在 public synchronized int indexOf(String str, int fromIndex) 方法
}

 

StringBuilder並沒有對方法進行加同步鎖，所以是非線程安全的。

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StringBuffer是線程安全的，這意味着它們已經同步方法來控制訪問，以便只有一個線程可以在同一時間訪問一個StringBuffer對象同步代碼。因此，StringBuffer的對象通常在多線程環境中是安全的，使用多個線程可以試圖同時訪問相同StringBuffer對象。

StringBuilder類非常相似的StringBuffer，不同之處在於它的訪問不同步的，因此，它不是線程安全的。由於不同步，StringBuilder的性能可以比StringBuffer更好。因此，如果在單線程環境中工作，使用StringBuilder，而不是StringBuffer可能會有更高的性能。這也類似其他情況，如StringBuilder的局部變量(即一個方法中的一個變量)，其中只有一個線程會訪問一個StringBuilder對象。

 3.StringBuffer和StringBuilder類的速度比較

一般情況下,速度從快到慢:StringBuilder>StringBuffer>String,這種比較是相對的，不是絕對的。（要考慮程序是單線程還是多線程）

接下來，我直接貼上測試過程和結果的代碼，一目了然：

package com.hysum.test;

public class StringTest {
    final static int time = 50000; //循環次數 
    /*
     * String類測試方法
     */
    public void test(String s){
        long begin = System.currentTimeMillis();//獲取當前系統時間（毫秒數），開始
        for(int i=0; i<time; i++){
        s += "add";
        }
        long over = System.currentTimeMillis();//獲取當前系統時間（毫秒數），結束
        System.out.println("操作"+s.getClass().getName()+"類型使用的時間為："+(over-begin)+"毫秒");
        }
    /*
     * StringBuffer類測試方法
     */
    public void test(StringBuffer s){
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
        s.append("add");
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作"+s.getClass().getCanonicalName()+"類型使用的時間為："+(over-begin)+"毫秒");
        }
    /*
     * StringBuilder類測試方法
     */
    public void test(StringBuilder s){
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
        s.append("add");
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作"+s.getClass().getName()+"類型使用的時間為："+(over-begin)+"毫秒");
        }

    /*對 String 直接進行字符串拼接的測試*/
    public void test2(){//操作字符串對象引用相加類型使用的時間
        String s2 = "abcd";
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
        String s = s2 + s2 +s2;
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作字符串對象引用相加類型使用的時間為："+(over-begin)+"毫秒");
        }
    public void test3(){//操作字符串相加使用的時間
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0; i<time; i++){
        String s = "abcd" + "abcd" +  "abcd";
        }
        long over = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("操作字符串相加使用的時間為："+(over-begin)+"毫秒");
        } 
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        String s1 =  "abcd";
        StringBuffer st1 = new StringBuffer( "abcd");
        StringBuilder st2 = new StringBuilder( "abcd");
        StringTest tc = new StringTest();
        tc.test(s1);
        tc.test(st1);
        tc.test(st2);
        tc.test2();
        tc.test3(); 
    }

}

運行結果：

結果分析：

從上面的結果可以看出，不考慮多線程，采用String對象時，執行時間比其他兩個都要高得多，而采用StringBuffer對象和采用StringBuilder對象的差別也比較明顯；而以String類為例，操作字符串對象引用相加類型使用的時間比直接/操作字符串相加使用的時間也多得多。由此可見，如果我們的程序是在單線程下運行，或者是不必考慮到線程同步問題，我們應該優先使用StringBuilder類；如果要保證線程安全，自然是StringBuffer；能直接操作字符串不用字符串引用就直接操作字符串。

4、StringBuilder與StringBuffer共同點

StringBuilder與StringBuffer有公共父類AbstractStringBuilder(抽象類)。

StringBuilder、StringBuffer的方法都會調用AbstractStringBuilder中的公共方法，如super.append(...)。只是StringBuffer會在方法上加synchronized關鍵字，進行同步。

那么我們接來下看一下它們的主要方法吧~

方法	說明
StringBuffer append(參數)	追加內容到當前StringBuffer對象的末尾，類似於字符串的連接
StringBuffer deleteCharAt(int index)	刪除指定位置的字符，然后將剩余的內容形成新的字符串
StringBuffer insert(位置, 參數)	在StringBuffer對象中插入內容，然后形成新的字符串
StringBuffer reverse()	將StringBuffer對象中的內容反轉，然后形成新的字符串
void setCharAt(int index, char ch)	修改對象中索引值為index位置的字符為新的字符ch
void trimToSize()	將StringBuffer對象的中存儲空間縮小到和字符串長度一樣的長度，減少空間的浪費，和String的trim()是一樣的作用
StringBuffer delete(int start, int end)	刪除指定區域的字符串
StringBuffer replace(int start, int end, String s)	用新的字符串替換指定區域的字符串
void setlength（int n）	設置字符串緩沖區大小
int capacity()	獲取字符串的容量
void ensureCapacity(int n)	確保容量至少等於指定的最小值。如果當前容量小於該參數，然后分配一個新的內部數組容量更大。新的容量是較大的.
getChars(int start,int end,char chars[],int charStart);	將字符串的子字符串復制給數組

以下是各個方法的代碼示例：

public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        StringBuilder str=new StringBuilder("學習 java 編程");
        
        //增加字符串內容的方法
        //append(參數)，追加內容到當前對象的末尾
        str.append("學習使我快樂");
        System.out.println("追加內容到當前對象的末尾："+str);
        // insert(位置, 參數)，在對象中插入內容
        str.insert(10,',');
        System.out.println("在對象中插入內容："+str);
        
        //操作字符串內容的方法
        //delete(int start, int end)，刪除指定區域的字符串
        str.delete(11, 17);
        System.out.println("刪除指定區域的字符串："+str);
        //deleteCharAt(int index)，刪除指定位置的字符
        str.deleteCharAt(10);
        System.out.println("刪除指定位置的字符："+str);
        //setCharAt(int index, char newChar)，修改對象中索引值為index位置的字符為新的字符ch
        str.setCharAt(3, 'J');
        System.out.println("修改對象中索引值為index位置的字符為新的字符ch："+str);
        //replace(int start, int end, String s)， 用新的字符串替換指定區域的字符串
        str.replace(4, 7, "AVA");
        System.out.println("用新的字符串替換指定區域的字符串:"+str);
        // reverse()內容反轉
        str.reverse();
        System.out.println("內容反轉："+str);
        //將字符串的子字符串復制給數組。
        char[] ch  = new char[5];
        str.getChars(0, 4, ch, 0);
        System.out.println("將字符串的子字符串復制給數組:"+Arrays.toString(ch));

        
        
        
        StringBuilder str2=new StringBuilder(30);//創建一個長度為30的字符串
        str2.append("JAVA");
        System.out.println("字符串長度為："+str2.length());//length()，獲取字符串長度
        System.out.println("字符串容量為："+str2.capacity());//capacity()，獲取字符串的容量
        //有關字符串空間的方法
        //setLength(int newSize)，設置字符串緩沖區大小
        str2.setLength(20);
        System.out.println("字符串長度為："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量為："+str2.capacity());
        //ensureCapacity(int n)，重新設置字符串容量的大小
        str2.ensureCapacity(20);
        System.out.println("字符串長度為："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量為："+str2.capacity());
        str2.ensureCapacity(35);
        System.out.println("字符串長度為："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量為："+str2.capacity());
        //trimToSize()，存儲空間縮小到和字符串長度一樣的長度
        str2.trimToSize();
        System.out.println("字符串長度為："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量為："+str2.capacity());
        
        
    }

}

運行結果：

結果分析：

1、在使用有范圍的參數方法時，要注意范圍包括開頭不包括結尾！

2、insert方法的位置是你要插入的位置，不是插入前一個位置！

3、getChars方法中注意字符數組的長度一定要大於等於begin到end之間字符的長度！

4、length是字符串內容的長度，而capacity是字符串容量（包括緩存區）的長度！

5、ensureCapacity方法是確保容量至少等於指定的最小值。如果當前容量小於該參數，然后分配一個新的內部數組容量更大（不是你指定的值，系統自動分配一個空間）。如果當前容量不小於該參數，則容量不變。

6、trimToSize()，存儲空間縮小到和字符串長度一樣的長度。避免空間的浪費！

總結

（1）.如果要操作少量的數據用 = String
（2）.單線程操作字符串緩沖區 下操作大量數據 = StringBuilder
（3）.多線程操作字符串緩沖區 下操作大量數據 = StringBuffer

 

參考文獻：

http://www.jb51.net/article/33398.htm

http://blog.csdn.net/mad1989/article/details/26389541