String、StringBuffer、StringBuilder 全面对比

1. 基本定义

类名	所在包	可变性	线程安全性
String	java.lang	不可变（immutable）	线程安全（不可变带来的天然安全）
StringBuffer	java.lang	可变（mutable）	线程安全（方法加 synchronized）
StringBuilder	java.lang	可变（mutable）	非线程安全

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2. 不可变与可变的原理

String

• 内部是一个 final char[] value（Java 9+ 是 byte[] value + coder）。

• 一旦创建，内容不可改变；任何拼接、替换操作都会生成新对象。

• 优点：

  • 线程安全。
  • 可用于常量池（字符串常量复用）。
  • 哈希值可缓存（hashCode 只算一次）。

• 缺点：

  • 拼接频繁时性能差（不断创建临时对象）。

StringBuffer / StringBuilder

• 内部维护一个可变的 char[]，容量不足时动态扩容（newCapacity = oldCapacity*2 + 2）。

• 调用 append、insert、delete 不会新建对象，而是修改同一缓冲区。

• 区别：

  • StringBuffer：方法加 synchronized，多线程安全，单线程下性能慢。
  • StringBuilder：不加锁，单线程下性能优于 StringBuffer。

• 初始容量：

  • 无参构造默认 16
  • 可指定初始容量

• 扩容触发：

  • count + 追加长度 > 当前容量

• 扩容公式：

  java
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  newCapacity = oldCapacity * 2 + 2
  if (newCapacity < minimumCapacity) {
      newCapacity = minimumCapacity;
  }
  value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
  

• 过程：

  1. 分配更大数组
  2. 复制旧内容
  3. 写入新数据

3. 性能对比

场景	推荐类型	原因
少量字符串拼接（<10 次）	String	编译期会用 StringBuilder 优化常量拼接
大量拼接、单线程	StringBuilder	避免多线程同步开销
大量拼接、多线程	StringBuffer	保证线程安全

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4. 代码示例

不可变的 String

java
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String s = "hello";
s += " world";
System.out.println(s); // "hello world"
// 实际生成了新的 String 对象，原 "hello" 未变

可变的 StringBuilder

java
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StringBuilder sb = new StringBuilder("hello");
sb.append(" world");
System.out.println(sb.toString()); // "hello world"
// sb 还是同一个对象

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5. 常见面试追问

Q1: 为什么 String 设计成不可变？

1. 安全性（类加载器、反射、文件路径、网络地址等常用 String 表示，不能被恶意修改）。
2. 线程安全（可共享，适合常量池复用）。
3. 缓存哈希值（用于 Map/Set 作为 key 时性能更高）。

Q2: 频繁拼接为什么不用 String？

• 因为每次拼接都会生成新对象，旧对象进入 GC，性能差。

Q3: 编译器会优化哪些 String 拼接？

• 常量 + 常量 会直接合并成一个常量：

  String s = "a" + "b"; // 编译期直接成 "ab"
  String s = a + b; // 编译后相当于 new StringBuilder().append(a).append(b).toString()
  

Q4：StringBuilder.toString() 会复制数据吗？

• 会，新建 String 并复制内部数组内容，保证外部不可修改内部数据。

Q5：扩容为什么不是直接翻倍？

• 历史实现是 2 倍 + 2，兼顾小容量时的频繁追加场景，减少扩容次数。

Q6：如何减少扩容次数？

• 预估长度，一次性给够容量：new StringBuilder(500);

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6. 总结口诀

“常量池里放 String，线程安全用 Buffer，单线程高效用 Builder。”

• String → 不可变、线程安全、适合少量拼接和常量场景
• StringBuffer → 可变、同步锁、适合多线程拼接
• StringBuilder → 可变、无锁、适合单线程大量拼接