97. Java 数字和字符串 - StringBuilder 类详解97. Java 数字和字符串 - StringB

97. Java 数字和字符串 - StringBuilder 类详解

1. 概述

在 Java 中，String 和 StringBuilder 都用于表示字符序列，但它们的最大区别在于可变性。

String 对象是 不可变 的（immutable）。每次对 String 进行修改时，都会创建一个新的字符串对象。
StringBuilder 是可变的（mutable），可以在原对象上进行修改，提高效率。

何时使用 StringBuilder？ ✅

当字符串需要频繁修改（如拼接、删除、插入等），StringBuilder 性能更优。
在 Java SE 9 之前，大量字符串拼接推荐使用 StringBuilder，因为它比 + 拼接更高效。但在 Java 9 及以后，字符串拼接得到了优化，性能接近 StringBuilder。

2. 长度与容量

StringBuilder 提供了两个重要概念：

length()：表示字符串的实际长度（字符数）。
capacity()：表示分配的字符存储空间（默认 16），可根据需要自动扩展。

示例代码：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
System.out.println("初始长度: " + sb.length());      // 0
System.out.println("初始容量: " + sb.capacity());    // 16

sb.append("Hello, World!");
System.out.println("新长度: " + sb.length());        // 13
System.out.println("新容量: " + sb.capacity());    // 16（仍然足够，不会扩展）

容量扩展规则 🔥 当 StringBuilder 超过当前容量时，它的容量会自动扩展为：

新容量 = (旧容量 * 2) + 2

手动扩展容量 可以使用 ensureCapacity(int minCapacity) 方法提前扩展容量，避免频繁扩容影响性能。

sb.ensureCapacity(50);
System.out.println("扩展后的容量: " + sb.capacity());

3. 构造方法

`StringBuilder` 提供了以下几种构造方式：

// 1. 默认构造：容量为 16
StringBuilder sb1 = new StringBuilder();

// 2. 指定初始容量
StringBuilder sb2 = new StringBuilder(50);

// 3. 以现有字符串初始化
StringBuilder sb3 = new StringBuilder("Hello");

// 4. 以 CharSequence（如 StringBuffer）初始化
CharSequence cs = "Java";
StringBuilder sb4 = new StringBuilder(cs);

4. `StringBuilder` 主要方法

4.1 追加字符串 `append()`

append() 方法可以将任意数据类型（字符串、数值、对象等）追加到末尾。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(", ").append("World").append("!");
System.out.println(sb.toString());  // Hello, World!

4.2 插入字符串 `insert()`

在指定位置插入字符串或数据。

StringBuilder sb = new StringBuilder("HelloWorld");
sb.insert(5, ", ");
System.out.println(sb.toString());  // Hello, World

4.3 删除字符 `delete()` 和 `deleteCharAt()`

delete(int start, int end): 删除 start 到 end-1 位置的字符。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello, World!");
sb.delete(5, 7);
System.out.println(sb.toString());  // HelloWorld!

deleteCharAt(int index): 删除指定索引位置的字符。

sb.deleteCharAt(sb.length() - 1);
System.out.println(sb.toString());  // HelloWorld

4.4 替换字符 `replace()`

replace(int start, int end, String s): 替换 start 到 end-1 的字符。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello, World!");
sb.replace(7, 12, "Java");
System.out.println(sb.toString());  // Hello, Java!

4.5 修改单个字符 `setCharAt()`

StringBuilder sb = new StringBuilder("Java");
sb.setCharAt(0, 'Y');
System.out.println(sb.toString());  // Yava

4.6 反转字符串 `reverse()`

StringBuilder sb = new StringBuilder("Java");
sb.reverse();
System.out.println(sb.toString());  // avaJ

4.7 转换为 `String`

StringBuilder 可以随时转换回 String。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello, Java!");
String str = sb.toString();
System.out.println(str);

5. `StringBuilder` 的实际应用

字符串反转：使用 `StringBuilder` 替代 `char[`]

传统方式（使用 `char[]`）

public class StringDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String palindrome = "Dot saw I was Tod";
        char[] charArray = palindrome.toCharArray();
        
        for (int i = 0, j = charArray.length - 1; i < j; i++, j--) {
            char temp = charArray[i];
            charArray[i] = charArray[j];
            charArray[j] = temp;
        }
        
        System.out.println(new String(charArray));  // doT saw I was toD
    }
}

优化方式（使用 `StringBuilder`）

public class StringBuilderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String palindrome = "Dot saw I was Tod";
        StringBuilder sb = new StringBuilder(palindrome);
        sb.reverse();
        System.out.println(sb);  // doT saw I was toD
    }
}

✅ StringBuilder 的 reverse() 方法让代码更简洁，避免了字符数组的手动操作。

📌 注意： StringBuffer 与 StringBuilder 基本相同，但 StringBuffer 是 线程安全 的，方法经过同步处理。如果不涉及多线程环境，推荐使用 StringBuilder 以获得更高性能。

6. `String` vs `StringBuilder`

操作	`String`（不可变）	`StringBuilder`（可变）
追加操作	创建新对象	直接修改，提高性能
插入操作	创建新对象	直接修改，提高性能
删除操作	创建新对象	直接修改，提高性能
线程安全性	线程安全	非线程安全
适用场景	需要不可变数据	需要频繁修改字符串

✅ 总结：如果需要多线程安全，请使用 StringBuffer（线程安全版的 StringBuilder）。否则 StringBuilder 性能更高。

7. `StringBuilder` 使用建议 ✅

避免不必要的 toString() 转换，因为 StringBuilder 直接操作可变字符序列。
避免频繁扩容，如果能预估字符串长度，建议使用 ensureCapacity(int capacity) 提前分配。
非线程安全，多线程环境下使用 StringBuffer。
适用于循环拼接字符串，如日志输出、动态 SQL 拼接等。

示例：避免创建过多 String 对象 🔥

// 不推荐 ❌
String str = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    str += i;  // 每次循环创建新对象
}

// 推荐 ✅
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    sb.append(i);
}
String result = sb.toString();

📌 总结：

StringBuilder 适用于需要频繁修改字符串的场景。
StringBuilder 提供了 append、insert、delete、replace、reverse 等高效操作。
适量使用 ensureCapacity() 以优化性能。
StringBuilder 非线程安全，多线程场景使用 StringBuffer。

🚀 掌握 StringBuilder，让你的 Java 代码更高效！

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