深入解析：String、StringBuffer与StringBuilder的区别及使用场景

在Java开发中，字符串处理是高频操作之一。String、StringBuffer和StringBuilder是Java中处理字符串的核心类，但它们的特性和适用场景大不相同。本文将通过代码示例、性能对比和原理分析，详细讲解它们的区别，助你在实际开发中做出最优选择。

一、String vs StringBuffer：不可变与可变的本质区别

1. 不可变性（Immutability）

• String 是不可变类，任何修改操作（如拼接、替换）都会生成新的对象。
  示例代码：

  String str = "Hello";
  str += " World"; // 创建新对象，原对象仍存在于内存中

  此操作会产生两个对象（"Hello"和"Hello World"），频繁操作易引发内存浪费。

• StringBuffer 是可变类，所有操作直接在内部缓冲区（char[]）完成。
  示例代码：

  StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
  sb.append(" World"); // 直接修改原对象，无新对象生成

2. 性能对比

• String的拼接性能问题：
  在循环中拼接字符串时，String会频繁创建对象，效率极低。

  String result = "";
  for (int i = 0; i < 10000; i++) {
      result += i; // 每次循环生成新对象
  }

• StringBuffer的高效性：
  StringBuffer通过append()方法直接操作缓冲区，避免内存浪费。

  StringBuffer sb = new StringBuffer();
  for (int i = 0; i < 10000; i++) {
      sb.append(i); // 始终操作同一对象
  }

3. 线程安全性

• String：天然线程安全（因为不可变）。

• StringBuffer：通过synchronized关键字保证线程安全，但同步锁会带来性能开销。

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二、StringBuffer vs StringBuilder：线程安全的取舍

1. 线程安全性

• StringBuffer：所有方法均用synchronized修饰，多线程环境下安全。

• StringBuilder：无同步机制，线程不安全，但单线程下性能更高。

2. 性能差异

在单线程场景下，StringBuilder的性能优于StringBuffer。
代码测试对比：

// 使用StringBuffer
long startTime1 = System.currentTimeMillis();
StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    sb1.append(i);
}
long endTime1 = System.currentTimeMillis();

// 使用StringBuilder
long startTime2 = System.currentTimeMillis();
StringBuilder sb2 = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    sb2.append(i);
}
long endTime2 = System.currentTimeMillis();

System.out.println("StringBuffer耗时：" + (endTime1 - startTime1) + "ms");
System.out.println("StringBuilder耗时：" + (endTime2 - startTime2) + "ms");

测试结果：
StringBuilder的耗时通常比StringBuffer少约10%~20%。

3. 使用场景

• 多线程环境（如Web应用中的共享变量）：选择StringBuffer。

• 单线程环境（如方法内的局部变量）：优先使用StringBuilder。

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三、总结：三者的核心区别与选型建议

特性	String	StringBuffer	StringBuilder
可变性	不可变	可变	可变
线程安全	安全（天然）	安全（同步锁）	不安全
性能	低（频繁创建对象）	中（同步开销）	高（无同步开销）
适用场景	静态字符串	多线程字符串操作	单线程字符串操作

选型建议：

1. 少量字符串操作或字符串常量场景 → String。

2. 多线程下频繁操作字符串 → StringBuffer。

3. 单线程下频繁操作字符串 → StringBuilder（优先选择）。

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四、常见面试题

1. 为什么String设计为不可变？

   • 安全性（如作为HashMap的Key）、线程安全、缓存哈希值优化性能。

2. StringBuffer和StringBuilder的实现原理？

   • 两者均继承自AbstractStringBuilder，内部通过动态扩容的char[]实现。

3. 如何优化String拼接？

   • 使用StringBuilder代替String的+操作。

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掌握这三者的区别，不仅能提升代码性能，还能在面试中游刃有余。建议在实际开发中根据场景灵活选择，避免滥用String导致性能问题。