Java StringBuffer 和 StringBuilder 类详解

Java `StringBuffer` 和 `StringBuilder` 类详解

一、概述

StringBuffer 和 StringBuilder 是 Java 中用于处理可变字符串的类，位于 java.lang 包中。它们提供了动态修改字符串内容的能力，避免了 String 类的不可变性带来的性能开销。

可变性：与 String 不同，StringBuffer 和 StringBuilder 的内容可以被修改。
底层实现：两者内部都使用字符数组（char[]）来存储字符串，当数组容量不足时会自动扩容。
适用场景：
StringBuffer：线程安全，适合多线程环境。
StringBuilder：非线程安全，适合单线程环境，性能更高。

二、主要区别

特性	StringBuffer	StringBuilder
线程安全	是（方法使用 `synchronized` 修饰）	否（方法未使用 `synchronized` 修饰）
性能	较低（线程安全开销）	较高（无同步开销）
适用场景	多线程环境下的字符串操作	单线程环境下的字符串操作
引入版本	Java 1.0	Java 5.0

三、常用方法

StringBuffer 和 StringBuilder 的 API 几乎完全相同，以下是常用方法的说明：

构造方法：

   StringBuffer sb1 = new StringBuffer(); // 初始容量为 16
   StringBuffer sb2 = new StringBuffer(100); // 指定初始容量
   StringBuffer sb3 = new StringBuffer("Hello"); // 初始化为 "Hello"

   StringBuilder sb4 = new StringBuilder();
   StringBuilder sb5 = new StringBuilder(100);
   StringBuilder sb6 = new StringBuilder("Hello");

追加内容：

append(String str)：追加字符串。
append(char c)：追加字符。
append(int i)：追加整数。
其他重载方法支持追加各种数据类型。

   StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
   sb.append(" ").append("World").append("!"); // "Hello World!"

插入内容：

insert(int offset, String str)：在指定位置插入字符串。
insert(int offset, char c)：在指定位置插入字符。

   StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
   sb.insert(5, " Java"); // "Hello Java"

删除内容：

delete(int start, int end)：删除从 start 到 end - 1 的字符。
deleteCharAt(int index)：删除指定位置的字符。

   StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello World");
   sb.delete(5, 11); // "Hello"
   sb.deleteCharAt(4); // "Hell"

替换内容：

replace(int start, int end, String str)：替换指定范围的字符。

   StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello World");
   sb.replace(6, 11, "Java"); // "Hello Java"

反转字符串：

reverse()：反转字符串内容。

   StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
   sb.reverse(); // "olleH"

获取子字符串：

substring(int start)：从 start 开始截取到末尾。
substring(int start, int end)：截取从 start 到 end - 1 的子字符串。

   StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello World");
   String sub = sb.substring(6, 11); // "World"

获取长度和容量：

length()：返回字符串长度。
capacity()：返回当前容量。

   StringBuffer sb = new StringBuffer(100);
   sb.append("Hello");
   System.out.println(sb.length()); // 5
   System.out.println(sb.capacity()); // 100

四、性能对比

单线程环境：
StringBuilder 的性能优于 StringBuffer，因为没有同步开销。
示例： long startTime = System.currentTimeMillis(); StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < 100000; i++) { sb.append("a"); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("StringBuilder耗时: " + (endTime - startTime) + "ms"); startTime = System.currentTimeMillis(); StringBuffer sbf = new StringBuffer(); for (int i = 0; i < 100000; i++) { sbf.append("a"); } endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("StringBuffer耗时: " + (endTime - startTime) + "ms"); 输出结果： StringBuilder耗时: 1ms StringBuffer耗时: 5ms
多线程环境：
StringBuffer 是线程安全的，适合多线程操作。
StringBuilder 在多线程环境下需要外部同步（如使用 synchronized 块）。

五、使用场景推荐

StringBuilder：

单线程环境下的字符串拼接。
循环中频繁修改字符串。
示例：
java StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < 100; i++) { sb.append(i).append(","); } String result = sb.toString(); // "0,1,2,...,99,"

StringBuffer：

多线程环境下的字符串操作。
需要线程安全的场景（如 Web 应用中的请求处理）。
示例： class ThreadSafeExample { private static StringBuffer sb = new StringBuffer(); public static synchronized void addString(String str) { sb.append(str); } }

六、注意事项

容量扩展：

当字符串长度超过当前容量时，StringBuffer 和 StringBuilder 会自动扩容，默认扩容为原容量的 2 倍 + 2。
如果知道字符串的最终长度，可以预先分配足够的容量以避免频繁扩容：
java StringBuilder sb = new StringBuilder(1000); // 初始容量 1000

字符串不可变性：

StringBuffer 和 StringBuilder 的 toString() 方法返回的是新的 String 对象，原对象不会被修改。

线程安全选择：

不要在单线程环境中使用 StringBuffer，避免不必要的性能开销。
不要在多线程环境中使用 StringBuilder，除非通过外部同步保证线程安全。

七、总结

StringBuffer：线程安全，适合多线程环境，性能较低。
StringBuilder：非线程安全，适合单线程环境，性能更高。
选择建议：
优先使用 StringBuilder，除非明确需要线程安全。
在多线程环境中，如果需要线程安全的字符串操作，可以使用 StringBuffer 或通过外部同步（如 Collections.synchronizedList）保护 StringBuilder。

八、示例代码

public class StringBufferStringBuilderExample {
    public static void main(String[] args) {
        // StringBuilder 示例
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("Hello").append(" ").append("World");
        System.out.println("StringBuilder: " + sb.toString()); // "Hello World"

        // StringBuffer 示例
        StringBuffer sbf = new StringBuffer();
        sbf.append("Java").append(" ").append("Programming");
        System.out.println("StringBuffer: " + sbf.toString()); // "Java Programming"

        // 多线程环境下的 StringBuffer
        Runnable task = () -> {
            StringBuffer sharedBuffer = new StringBuffer();
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                sharedBuffer.append(Thread.currentThread().getName()).append("-").append(i).append(",");
            }
            System.out.println(sharedBuffer.toString());
        };

        Thread t1 = new Thread(task, "Thread-1");
        Thread t2 = new Thread(task, "Thread-2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出示例：

StringBuilder: Hello World
StringBuffer: Java Programming
Thread-1-0,Thread-1-1,...,Thread-1-9,
Thread-2-0,Thread-2-1,...,Thread-2-9,

通过以上内容，可以全面了解 StringBuffer 和 StringBuilder 的用法、区别和适用场景，从而在实际开发中做出合理的选择。