String与StringBuilder的区别

在 Java 中，String 和 StringBuilder (以及它的线程安全版本 StringBuffer) 是处理字符串的核心类，它们的关键区别在于 可变性 及其带来的性能影响。以下是主要区别：

1. 不可变性 vs 可变性

   • String (不可变)： String 对象一旦创建，其内容就不能被修改。任何看似修改 String 的操作（如 concat(), +, replace(), substring(), toUpperCase() 等），实际上都会创建一个全新的 String 对象在内存中。原始字符串保持不变。
   • StringBuilder (可变)： StringBuilder 对象代表一个可变的字符序列。你可以通过其方法（如 append(), insert(), delete(), replace(), reverse() 等）直接修改其内部字符数组的内容，而不会创建新的对象（除非内部数组需要扩容）。

2. 性能 (尤其是在循环或频繁修改时)

   • String： 由于不可变性，在循环或需要大量拼接/修改字符串的场景下（例如在一个循环中反复使用 += 或 concat()），会产生大量临时的、中间态的 String 对象。创建和销毁这些对象会带来显著的内存分配和垃圾回收开销，导致性能低下。
   • StringBuilder： 由于直接在现有缓冲区上修改，避免了创建大量临时对象。它在进行大量字符串连接或修改操作时性能显著优于 String。这是它存在的主要原因。

3. 内存使用

   • String： 频繁修改会导致内存中存在许多不再使用的中间字符串对象，等待垃圾回收。这会占用更多内存，并可能增加 GC 停顿时间。
   • StringBuilder： 通常更节省内存，尤其是在大量修改操作中，因为它主要操作一个可扩展的缓冲区。虽然内部数组在需要时会扩容（创建新数组并复制数据），但这比创建大量完整的新字符串对象开销小得多。

4. 线程安全性

   • String： 由于其不可变性，String 对象本质上是线程安全的。多个线程可以安全地读取同一个 String 对象。
   • StringBuilder： 不是线程安全的。它的方法没有同步机制。如果多个线程需要同时修改同一个 StringBuilder 实例，可能会导致数据不一致。如果需要线程安全，应使用 StringBuffer（其方法使用 synchronized 关键字修饰）。

5. API 和初始化

   • String： 通常通过双引号 "Hello" 字面量创建（存储在字符串常量池），或通过 new String(...) 创建（在堆上）。提供丰富的字符串操作功能，但都返回新字符串。
   • StringBuilder： 必须通过 new StringBuilder() 或 new StringBuilder(int capacity) 或 new StringBuilder(String str) 创建。提供专注于修改缓冲区内容的方法（append, insert, delete, replace, setLength, reverse 等）。

6. equals() 和 hashCode() 行为

   • String： 重写了 equals() 和 hashCode() 方法，基于字符串的内容进行比较。
   • StringBuilder： 没有重写 Object 的 equals() 和 hashCode() 方法。比较两个 StringBuilder 对象是基于对象引用（内存地址），而不是内容。要比较内容，需要先调用 toString() 转换为 String 再比较。

总结表格

特性	String	StringBuilder
可变性	不可变	可变
修改操作	创建新对象	修改现有对象
性能 (修改)	差 (大量对象创建/GC)	优 (原地修改)
内存开销	高 (大量中间对象)	低 (一个缓冲区)
线程安全	是 (因不可变)	否 (用 StringBuffer 替代)
初始化	字面量 或 new String(...)	new StringBuilder(...)
equals/hash	基于内容	基于对象引用
主要用途	表示固定不变的文本	高效构建或修改字符串 (拼接、替换等)

何时使用哪个？

1. 使用 String：

   • 当字符串的值在创建后不会改变时（例如，常量、配置信息、键值）。
   • 需要依赖内容比较 (equals) 或哈希 (hashCode) 时。
   • 需要线程安全地共享字符串时（读取是安全的）。
   • 简单的、少量的字符串连接（编译器有时会优化 + 为 StringBuilder，但不要在循环中依赖此优化！）。

2. 使用 StringBuilder (或 StringBuffer)：

   • 当需要在循环中频繁连接字符串时（绝对首选）。
   • 当需要多次修改一个字符串的内容（插入、删除、替换等）时。
   • 当性能和内存效率是关键考虑因素，且修改操作很多时。
   • StringBuffer vs StringBuilder: 需要线程安全时用 StringBuffer；单线程环境下追求最高性能用 StringBuilder（更常用）。

黄金法则：

• 永远不要在循环中使用 String 的 + 或 concat 进行大量拼接！始终使用 StringBuilder (或 StringBuffer)。
• 对于简单的、单次的字符串连接，String 的 + 是可读且可接受的（编译器通常会优化）。
• 优先考虑代码可读性和正确性，在性能确实成为瓶颈时才进行优化。但在循环拼接这个特定场景下，从一开始就用 StringBuilder 就是最佳实践。