全面解释java中StringBuilder、StringBuffer、String类之间的关系

StringBuilder、StringBuffer、String类之间的关系

　　java中String、StringBuffer、StringBuilder是编程中经常使用的字符串类，在上一篇博文中我们已经熟悉String字符串的特性和使用，而StringBuffer、StringBuilder又是怎么样的字符串类呢？？他们之间的区别和关系又是什么呢？？这问题经常在面试中会问到，现在总结一下，看看他们的不同与相同。

1.可变与不可变

1）String类中使用字符数组保存字符串，如下就是，因为有“final”修饰符，所以可以知道string对象是不可变的。

　　　　private final char value[];

String的值是不可变的，这就导致每次对String的操作都会生成新的String对象，不仅效率低下，而且大量浪费有限的内存空间。

String a = "a"; //假设a指向地址0x0001
a = "b";//重新赋值后a指向地址0x0002，但0x0001地址中保存的"a"依旧存在，但已经不再是a所指向的,a 已经指向了其它地址。 

因此String的操作都是改变赋值地址而不是改变值操作。

2）StringBuilder与StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder类，在AbstractStringBuilder中也是使用字符数组保存字符串，如下就是，可知这两种对象都是可变的。

　　　　char[] value;

StringBuffer是可变类，和线程安全的字符串操作类，任何对它指向的字符串的操作都不会产生新的对象。 每个StringBuffer对象都有一定的缓冲区容量，当字符串大小没有超过容量时，不会分配新的容量，当字符串大小超过容量时，会自动增加容量。

StringBuffer buf=new StringBuffer(); //分配长16字节的字符缓冲区
StringBuffer buf=new StringBuffer(512); //分配长512字节的字符缓冲区
StringBuffer buf=new StringBuffer("this is a test")//在缓冲区中存放了字符串，并在后面预留了16字节的空缓冲区。 

StringBuffer和StringBuilder类功能基本相似，主要区别在于StringBuffer类的方法是多线程、安全的，而StringBuilder不是线程安全的，相比而言，StringBuilder类会略微快一点。对于经常要改变值的字符串应该使用StringBuffer和StringBuilder类。

2.是否多线程安全

String中的对象是不可变的，也就可以理解为常量，显然线程安全。

AbstractStringBuilder是StringBuilder与StringBuffer的公共父类，定义了一些字符串的基本操作，如expandCapacity、append、insert、indexOf等公共方法。

StringBuffer对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁，所以是线程安全的。看如下源码：

 

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并没有对方法进行加同步锁，所以是非线程安全的。

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StringBuffer是线程安全的，这意味着它们已经同步方法来控制访问，以便只有一个线程可以在同一时间访问一个StringBuffer对象同步代码。因此，StringBuffer的对象通常在多线程环境中是安全的，使用多个线程可以试图同时访问相同StringBuffer对象。

StringBuilder类非常相似的StringBuffer，不同之处在于它的访问不同步的，因此，它不是线程安全的。由于不同步，StringBuilder的性能可以比StringBuffer更好。因此，如果在单线程环境中工作，使用StringBuilder，而不是StringBuffer可能会有更高的性能。这也类似其他情况，如StringBuilder的局部变量(即一个方法中的一个变量)，其中只有一个线程会访问一个StringBuilder对象。

 3.StringBuffer和StringBuilder类的速度比较

一般情况下,速度从快到慢:StringBuilder>StringBuffer>String,这种比较是相对的，不是绝对的。（要考虑程序是单线程还是多线程）

接下来，我直接贴上测试过程和结果的代码，一目了然：

package com.hysum.test;

public class StringTest {
    final static int time = 50000; //循环次数 
    /*
     * String类测试方法
     */
    public void test(String s){
        long begin = System.currentTimeMillis();//获取当前系统时间（毫秒数），开始
        for(int i=0; i<time; i++){
        s += "add";
        }
        long over = System.currentTimeMillis();//获取当前系统时间（毫秒数），结束
        System.out.println("操作"+s.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
        }
    /*
     * StringBuffer类测试方法
     */
    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()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
        }
    /*
     * StringBuilder类测试方法
     */
    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()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
        }

    /*对 String 直接进行字符串拼接的测试*/
    public void test2(){//操作字符串对象引用相加类型使用的时间
        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("操作字符串对象引用相加类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒");
        }
    public void test3(){//操作字符串相加使用的时间
        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时间为："+(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(); 
    }

}

运行结果：

结果分析：

从上面的结果可以看出，不考虑多线程，采用String对象时，执行时间比其他两个都要高得多，而采用StringBuffer对象和采用StringBuilder对象的差别也比较明显；而以String类为例，操作字符串对象引用相加类型使用的时间比直接/操作字符串相加使用的时间也多得多。由此可见，如果我们的程序是在单线程下运行，或者是不必考虑到线程同步问题，我们应该优先使用StringBuilder类；如果要保证线程安全，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与StringBuffer共同点

StringBuilder与StringBuffer有公共父类AbstractStringBuilder(抽象类)。

StringBuilder、StringBuffer的方法都会调用AbstractStringBuilder中的公共方法，如super.append(...)。只是StringBuffer会在方法上加synchronized关键字，进行同步。

那么我们接来下看一下它们的主要方法吧~

方法	说明
StringBuffer append(参数)	追加内容到当前StringBuffer对象的末尾，类似于字符串的连接
StringBuffer deleteCharAt(int index)	删除指定位置的字符，然后将剩余的内容形成新的字符串
StringBuffer insert(位置, 参数)	在StringBuffer对象中插入内容，然后形成新的字符串
StringBuffer reverse()	将StringBuffer对象中的内容反转，然后形成新的字符串
void setCharAt(int index, char ch)	修改对象中索引值为index位置的字符为新的字符ch
void trimToSize()	将StringBuffer对象的中存储空间缩小到和字符串长度一样的长度，减少空间的浪费，和String的trim()是一样的作用
StringBuffer delete(int start, int end)	删除指定区域的字符串
StringBuffer replace(int start, int end, String s)	用新的字符串替换指定区域的字符串
void setlength（int n）	设置字符串缓冲区大小
int capacity()	获取字符串的容量
void ensureCapacity(int n)	确保容量至少等于指定的最小值。如果当前容量小于该参数，然后分配一个新的内部数组容量更大。新的容量是较大的.
getChars(int start,int end,char chars[],int charStart);	将字符串的子字符串复制给数组

以下是各个方法的代码示例：

public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        StringBuilder str=new StringBuilder("学习 java 编程");
        
        //增加字符串内容的方法
        //append(参数)，追加内容到当前对象的末尾
        str.append("学习使我快乐");
        System.out.println("追加内容到当前对象的末尾："+str);
        // insert(位置, 参数)，在对象中插入内容
        str.insert(10,',');
        System.out.println("在对象中插入内容："+str);
        
        //操作字符串内容的方法
        //delete(int start, int end)，删除指定区域的字符串
        str.delete(11, 17);
        System.out.println("删除指定区域的字符串："+str);
        //deleteCharAt(int index)，删除指定位置的字符
        str.deleteCharAt(10);
        System.out.println("删除指定位置的字符："+str);
        //setCharAt(int index, char newChar)，修改对象中索引值为index位置的字符为新的字符ch
        str.setCharAt(3, 'J');
        System.out.println("修改对象中索引值为index位置的字符为新的字符ch："+str);
        //replace(int start, int end, String s)， 用新的字符串替换指定区域的字符串
        str.replace(4, 7, "AVA");
        System.out.println("用新的字符串替换指定区域的字符串:"+str);
        // reverse()内容反转
        str.reverse();
        System.out.println("内容反转："+str);
        //将字符串的子字符串复制给数组。
        char[] ch  = new char[5];
        str.getChars(0, 4, ch, 0);
        System.out.println("将字符串的子字符串复制给数组:"+Arrays.toString(ch));

        
        
        
        StringBuilder str2=new StringBuilder(30);//创建一个长度为30的字符串
        str2.append("JAVA");
        System.out.println("字符串长度为："+str2.length());//length()，获取字符串长度
        System.out.println("字符串容量为："+str2.capacity());//capacity()，获取字符串的容量
        //有关字符串空间的方法
        //setLength(int newSize)，设置字符串缓冲区大小
        str2.setLength(20);
        System.out.println("字符串长度为："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量为："+str2.capacity());
        //ensureCapacity(int n)，重新设置字符串容量的大小
        str2.ensureCapacity(20);
        System.out.println("字符串长度为："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量为："+str2.capacity());
        str2.ensureCapacity(35);
        System.out.println("字符串长度为："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量为："+str2.capacity());
        //trimToSize()，存储空间缩小到和字符串长度一样的长度
        str2.trimToSize();
        System.out.println("字符串长度为："+str2.length());
        System.out.println("字符串容量为："+str2.capacity());
        
        
    }

}

运行结果：

结果分析：

1、在使用有范围的参数方法时，要注意范围包括开头不包括结尾！

2、insert方法的位置是你要插入的位置，不是插入前一个位置！

3、getChars方法中注意字符数组的长度一定要大于等于begin到end之间字符的长度！

4、length是字符串内容的长度，而capacity是字符串容量（包括缓存区）的长度！

5、ensureCapacity方法是确保容量至少等于指定的最小值。如果当前容量小于该参数，然后分配一个新的内部数组容量更大（不是你指定的值，系统自动分配一个空间）。如果当前容量不小于该参数，则容量不变。

6、trimToSize()，存储空间缩小到和字符串长度一样的长度。避免空间的浪费！

总结

（1）.如果要操作少量的数据用 = String
（2）.单线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 = StringBuilder
（3）.多线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 = StringBuffer

 

参考文献：

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

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