Java面试题——轻松应对String、StringBuffer和StringBuilder（看这一篇就够了）

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引言:

在Java中 String、StringBuffer 和 StringBuild 都是用于操作字符串的三种不同的类，在选择使用 String 、StringBuffer 还是 StringBuilder 时，需要根据具体的应用场景和线程安全性要求来决定，以达到最佳的性能和功能平衡。那么他们三者之间又有什么区别？使用过程中又该如何选择呢?

一、String类

String 类代表字符串常量。Java 程序中的所有字符串字面值（如 "abc" ）都作为此类的实例实现。
String类实现的接口：Serializable（序列化接口）、Comparable<String>(比较大小的接口)；表示String类的实例可以被序列化或者互相比大小。
字符串是常量；它们的值（对象）在创建之后，内容不能被更改，但是可以共享。例如：

String str1 = "abc";

String str2 = "abc";

//str1和str2这两个引用，指向同一个String对象:"abc";

//也可说str1和str2这两个引用共享同一个String实例:"abc";

且 String str = "abc" ;这种创建方式等效于：

String str = new String("abc");

优点：线程安全，由于其不可变性，String 对象可以被安全地共享和缓存。适合在多线程环境中使用，不用担心数据被意外修改。

什么是线程安全？（可参考以下博客）：什么是线程安全？如何保证线程安全？-CSDN博客

缺点：每次对 String 对象进行修改操作（如拼接）时，实际上都会创建一个新的 String 对象，这会导致性能开销较大。

例如，如果在一个循环中频繁地拼接 String ：

String str = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) {str += i;
}

在上述代码中，每次循环都会创建一个新的 String 对象，会创建1000次 String 对象，效率低下。

如何理解String类的不可变性：

当字符串重新赋值时，不会修改原来内存地址中的字符串值，而是重新分配新的内存地址进行赋值。
当字符串进行拼接时，也不会对原来内存地址中的字符串进行修改，而是重新分配新的内存地址进行赋值。
当调用String类中replace()方法修改字符串中指定的字符或子字符串时，也不会在原本的字符串上进行修改，也是重新分配新的内存地址进行赋值。

String类中的常用方法：

int length()：返回字符串的长度
char charAt(int index)：返回指定索引处的字符
boolean isEmpty()：判断字符串是否为空
String toLowerCase()：将字符串中的所有字符转换为小写
String toUpperCase()：将字符串中的所有字符转换为大写
String trim()：返回字符串的副本，去掉前导空白和尾部空白，中间的空白不会被去掉
boolean equals(Object obj)：比较字符串的内容是否相同
boolean equalsIgnoreCase(String anotherString)：忽略大小写，比较字符串的内容是否相同
String concat(String str)：将指定字符串连接到此字符串的结尾，等价于用“+”
int compareTo(String anotherString)：比较两个字符串的大小
String substring(int beginIndex)：返回从beginIndex到末尾的子字符串
String substring(int beginIndex, int endIndex)：返回从beginIndex到endIndex前一位的子字符串,不包括endIndexboolean endsWith(String suffix)： 判断字符串是否以指定的后缀结束
boolean startsWith(String prefix)：判断字符串是否以指定的前缀开始
boolean startsWith(String prefix, int toffset)：判断字符串在指定索引开始的子字符串是否以指定前缀开始
boolean contains(CharSequence s)：判断当前字符串中是否包含指定的字符串int indexOf(String str)：返回指定子字符串在当前字符串中第一次出现处的索引
int indexOf(String str, int fromIndex)：返回从指定的索引后，指定子字符串在当前字符串中第一次出现处的索引
int lastIndexOf(String str)：返回指定子字符串在当前字符串中最后一次出现处的索引
int lastIndexOf(String str, int fromIndex)：返回从指定的索引后，指定子字符串在当前字符串中最后一次出现处的索引
注：indexOf和lastIndexOf方法如果未查找到指定子字符串时，返回值都为-1。String replace(char oldChar, char newChar)：替换当前字符串中指定的子字符串
String[] split(String regex)：根据指定的符号拆分当前字符串，然后返回一个String数组

String类的易错题：问以下代码输出结果是true还是false？

第一个：

public static void main(String[] args) {final String s1="Hello"; String s2="HelloWorld";String s3=s1+"World";System.out.println(s2==s3); 
}

第二个：

public static void main(String[] args) {String s1="Hello";String s2="HelloWorld";String s3=s1+"World";System.out.println(s2==s3);}

第一个为true，第二个为false；原因如下:

由于 s1 被声明为 final ，在编译时，s1 + "World" 不会被当成字符串拼接操作，而是直接被看作一个常量字符串"HelloWorld" 。并且jvm会判断字符串常量池中是否已存在字符串"HelloWorld" ，若存在，便不会在创建新的对象，而是让s3直接指向该"HelloWorld"，而 s2 也指向字符串常量池中的 "HelloWorld" ，所以 s2 和 s3 指向的是同一个字符串对象，s2 == s3 结果为 true 。

对于第二个代码片段；这里的 s1 不是 final ，所以 s1 + "World" 在运行时会被当作字符串拼接操作，会直接创建一个新的字符串对象，用来接收拼接后的字符串"HelloWorld"，s3 指向这个新创建的对象，而 s2 指向的是字符串常量池中的 "HelloWorld" ，它们不是同一个对象，所以 s2 == s3 结果为 false 。

String与char[]之间相互装换

1、char[]转String，利用String类的有参构造方法：String(char[] data)

传入参数为字符数组，返回一个String类型的字符串：
char[] data={'a','b','c'};
String str = new String(data);
System.out.println(str); //"abc"

2、String转char[] ，调用String类的toCharArray()方法

String str="Hello";
char[] data = str.toCharArray();
for (int i = 0; i < data.length; i++) {System.out.println(data[i]);
}
/*
H
e
l
l
o
*/

资料来源：深入理解String、StringBuffer和StringBuilder_stringbiluder-CSDN博客

二、StringBuffer类

StringBuffer 是一个可变的字符序列，线程安全。这意味着多个线程可以同时访问和操作同一个 StringBuffer 对象，而不会导致数据不一致或错误。

它提供了一些方法，如 append 、insert 、delete 等，用于直接修改字符串的内容，而无需再像String一样创建一个新的对象。

优点：

适用于多线程环境下对字符串进行修改操作。
提供了一系列方法，如 append 、insert 等，用于高效地修改字符串内容。

例如：

StringBuffer str = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {str.append(i);
}

这种方式在性能上要优于使用 String 的拼接操作。

StringBuffer常用方法：

append("xxx")：在当前字符串后面拼接上新字符串："xxx"
delete(int start,int end)：删除字符串中指定范围的内容,左开右闭
replace(int start, int end, String str)：替换指定范围的内容
insert(int n, "xxx")：在下标为n的位置插入指定的内容:xxx
reverse() ：把当前字符序列逆转

三、StringBuilder类

StringBuilder 的功能和 StringBuffer 类似，也是用于操作可变的字符序列。但不同的是，StringBuilder 不是线程安全的。

优点：

在单线程环境下，性能通常比 StringBuffer 更好。

例如：

StringBuilder str = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {str.append(i);
}

这种单线程的字符串拼接在性能上要比StringBuffer更好一些。

在大多数情况下，如果是在单线程中操作字符串，优先选择 StringBuilder 。如果是多线程环境，需要保证线程安全，则使用 StringBuffer 。

四、补充

1. StringBuffer和StringBuilder背后的具体实现

StringBuffer、StringBuilder和String类似，底层也是用一个数组来存储字符串的值，并且数组的默认长度为16，即一个空的StringBuffer对象数组长度为16。当实例化一个StringBuffer对象后即创建了一个大小为16个字符的字符串缓冲区。

但是当我们调用有参构造函数创建一个StringBuffer对象时，数组长度就不再是默认16了，而是长度为“当前所创建的字符串的长度+16”。所以一个 StringBuffer 或 StringBuilder 字符串创建完成之后，有16个字符的空间可以用于对其值进行修改。如果修改的值范围超出了16个字符，则Jvm会先检查StringBuffer对象的原char数组的容量能不能装下新的字符串，如果装不下则会对 char 数组进行扩容。
扩容的逻辑就是创建一个新的 char 数组，将现有容量扩大一倍再加上2，如果还是不够大则直接等于需要的容量大小。扩容完成之后，将原数组的内容复制到新数组，最后将指针指向新的 char 数组。

2. String、StringBuffer和StringBuilder的异同

相同点：都用于处理字符串相关的操作，且底层都是通过char数组实现的

不同点：

可变性：
- String 是不可变的，一旦创建，其内容不能被修改；如果要修改，则会重新开辟内存空间创建一个新的对象来存储修改之后的字符串；
- StringBuffer 和 StringBuilder 是可变的，可以通过相关方法直接修改其内部的字符序列。
线程安全性：
- StringBuffer 是线程安全的，适合在多线程环境中使用。
- StringBuilder 是非线程安全的，在单线程环境中性能更好。
性能：
- 在字符串操作方面，StringBuffer和StringBuilder的性能都要优于String
- 在单线程环境下，对字符串进行频繁修改操作时，StringBuilder 的性能通常优于 StringBuffer 。

然而，如果在一个多线程环境中，多个线程同时对一个字符串进行修改，拿就应该使用 StringBuffer

3. String、StringBuffer和StringBuilder的性能对比

（1）String

    public static void main(String[] args) {Date date01 = new Date();long t1 = date01.getTime();String str ="" ;for (int i = 0; i < 100000; i++) {str += i;}Date date02 = new Date();long t2 = date02.getTime();System.out.println("总耗时为："+(t2-t1)+"毫秒");}

输出总耗时为：15302毫秒

仅10万次的拼接操作，String类型的字符串就耗时15302毫秒(15秒左右)

（2）StringBuffer

    public static void main(String[] args) {Date date01 = new Date();long t1 = date01.getTime();StringBuffer str = new StringBuffer();for (int i = 0; i < 10000000; i++) {str.append(i);}Date date02 = new Date();long t2 = date02.getTime();System.out.println("总耗时为："+(t2-t1)+"毫秒");}

输出总耗时为：336毫秒

1000万次的字符串拼接，StringBuffer类型的字符串耗时为336毫秒左右

（3）StringBuilder

    public static void main(String[] args) {Date date01 = new Date();long t1 = date01.getTime();StringBuilder str = new StringBuilder();for (int i = 0; i < 10000000; i++) {str.append(i);}Date date02 = new Date();long t2 = date02.getTime();System.out.println("总耗时为："+(t2-t1)+"毫秒");}

输出总耗时为：263毫秒

1000万次的字符串拼接，StringBuilder类型的字符串耗时为263毫秒左右