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面试题系列第8篇：谈谈String、StringBuffer、StringBuilder的区别？

程序新视界

发布于 2020-09-17 09:37:54

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关于字符串的面试题除了内存分布、equals比较，最常见的就是与StringBuffer和StringBuilder之间的区别了。

如果你回答：String类是不可变的，StringBuffer和StringBuilder是可变类，StringBuffer是线程安全的，StringBuilder则不是线程安全的。

就上面的总结而言，好像知道的有点少。本篇文章就带领大家全面的了解一下它们三个的区别与底层实现。

String字符串的拼接

关于String字符串前面多篇文章已经详细描述过，它的不可变性也是因为每当通过“+”操作时，都会在内存中生成新的字符串而导致的。

String a = "hello ";
String b = "world!";
String ab = a + b;

针对上述代码，内存分布图如下：

其中a和b初始化时位于字符串常量池，ab拼接后的对象位于堆中。可以很直观的看出，经过拼接新生成了String对象。如果拼接多次，那么会生成多个中间对象。

上面的结论在Java8之前是成立的，在Java8时JDK对“+”号拼接进行了优化，上面所写的拼接方式会被优化为基于StringBuilder的append方法进行处理。

stack=2, locals=4, args_size=1
     0: ldc           #2                  // String hello
     2: astore_1
     3: ldc           #3                  // String world!
     5: astore_2
     6: new           #4                  // class java/lang/StringBuilder
     9: dup
    10: invokespecial #5                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
    13: aload_1
    14: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    17: aload_2
    18: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    21: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
    24: astore_3
    25: return

上面是通过javap -verbose命令反编译字节码的结果，很显然可以看到StringBuilder的创建和append方法的调用。

此时，如果再笼统的回答：通过加号拼接字符串会创建多个String对象，因此性能比StringBuilder差，就是错误的了。因为本质上加号拼接的效果最终经过编译器处理之后和StringBuilder是一致的。

如果你在代码中使用如下写法：

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello ");
sb.append("world!");
System.out.println(sb.toString());

编译器的插件甚至建议你使用String来代替。

StringBuffer与StringBuilder的对比

StringBuffer和StringBuilder实现的核心代码基本一致，很多代码都是公用的。这两个类均继承自抽象类AbstractStringBuilder。

我们来从构造方法到append方法来逐一看一下它们的区别。先看StringBuilder的构造方法：

public StringBuilder(String str) {
    super(str.length() + 16);
    append(str);
}

其中super方法便是调用的AbstractStringBuilder的构造方法。对应StringBuffer的构造方法中实现也是如此：

public StringBuffer(String str) {
    super(str.length() + 16);
    append(str);
}

从构造方法来说，StringBuffer和StringBuilder是一样的。下面再看看append方法，StringBuilder实现如下：

@Override
public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

StringBuffer对应的方法如下：

@Override
public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}

很显然，在StringBuffer的append方法实现上除了内部将toStringCache变量赋值为null，唯一的不同就是在方法上使用synchronized进行了同步处理。

toStringCache是用来缓存最后一次调用toString方法时生成的字符串，当StringBuffer内容变动时，改值也会变动。

通过上面的append方法的对比，我们可以很轻易的发现StringBuffer是线程安全的，StringBuilder是非线程安全的。当然，使用synchronized进行同步处理，性能便会降低很多。

StringBuffer与StringBuilder的底层实现

StringBuffer与StringBuilder都调用了父类的构造方法：

AbstractStringBuilder(int capacity) {
    value = new char[capacity];
}

通过该构造方法我们可以看到它们用来处理字符串信息的关键属性为value。在初始化时先初始化一个长度为传入字符串长度+16的char[]数组，也就是value值，用来存储实际的字符串。

在调用父类构造方法之后便是调用各自的append方法（见前面的代码），而其中的核心处理又的调用父类的append方法：

public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null)
        return appendNull();
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    str.getChars(0, len, value, count);
    count += len;
    return this;
}