String、StringBuffer 和 StringBuilder

1. String使用“+”拼接字符串

1.1 字符串常量内存分析。

首先我们要了解到，字符串常量是存储在常量池中的。在JDK1.7以前，常量池处于方法区当中。此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代。对于永久代，大家需要了解他的一个特性，那就是GC不会对永久代内的数据进行垃圾回收。

1.2 String类型特性。

String类型很重要的一个特性就是，字符串是不可变的，他们的值在创建后无法更改。看下面两行代码：

String s = "aaa";
s = "abc";

当执行第一行代码时，栈内存入栈了一个引用s,常量池存储了一个字符串常量“aaa”，s指向了“aaa”的地址。当执行第二行代码时，并不是"aaa"的内容改变成了“abc”,而是常量池中又存储了字符串常量“abc”，s指向的地址改为了“abc”的地址。“aaa”无引用指向，成为系统垃圾。

1.3 使用“+”拼接字符串时内存分析。

根据上述永久代和String类型的特性，当我们使用“+”拼接字符串时就会发生浪费空间的问题。详情请看下面一段代码：

String text1 = "abc";
String text2 = "def";
String text3 = "gh";
text1 = text1+text2+text3;
System.out.println(text1);

此段代码看上去没有任何问题，运行后也输出了“abcdefgh”。那究竟为何会浪费空间呢？但让我们来分析一下此时内存中的变化。
  首先，前三条代码执行后，栈内存中已经入栈了text1,text2,text3三个变量，常量池中也存储了三个字符串常量，栈中的三个变量分别指向了所对应的地址。如下图：

当执行第四行代码，字符串进行了拼接。此时注意，text1+text2+text3看起来是一个式子，但在执行过程中，内存中会新增加两个字符串常量。第一个是text1和text2拼接所生成的字符串（“abcdef”）,第二个是第一个生成的字符串和text3字符串拼接后所生成的字符串（“abcdefgn”）。拼接完成后text1所指向的地址将会修改成最后生成的字符串地址，此时常量池中则出现了两个没有任何引用指向的常量，系统垃圾“abc”和“abcdef”。如下图：

而根据永久代的特性，这两个垃圾将不会被GC回收，成为“永久垃圾”！
此处看上去好像只是内存中多出了两个字符串而已，但如果业务规模大了起来，如果这种拼接是发生在一个大规模的循环体中，那么产生的垃圾可就不只是两个而已了，将会造成系统空间的大量浪费。

2. StringBuffer/StringBuilder拼接字符串分析

2.1 StringBuffer/StringBuilder对象创建时内存分析

通常我们创建StringBuffer/StringBuilder对象方式如下：（以StringBuffer为例）

StringBuffer s1 = new StringBuffer("abcd");

当new关键字一出现，我们就应当知道，此时要创建一个对象了。而在Java中new出来的对象的实例存放在堆内存中，对象的引用存放在栈内存中。如下图：

2.2 StringBuffer/StringBuilder拼接字符串分析

与String类型不同的是，StringBuffer/StringBuilder是可变字符串，他们的值可以发生变化。请看以下代码：

StringBuffer s1 = new StringBuffer("abcd");
s1.append("efg");

第一行代码执行后内存已经分析过，如上图。当执行第二行代码时，append（）方法的作用就是在末尾拼接字符串，由于StringBuffer是可变字符串，所以拼接即发生在当前StringBuffer的实例上，无需再新建实例。即改变了原实例内的字符串内容，s1依然指向原地址。内存变化如下：

以上例子均使用StringBuffer实现，StringBuilder进行拼接字符串操作时与StingBuffer相同。由此可见，使用StringBuffer/StringBuilder拼接字符串不会造成空间的浪费。

3.StringBuffer和StringBuilder的区别

3.1 字符修改上的区别

1. 当对字符串进行修改的时候，需要使用 StringBuffer 和 StringBuilder 类。
2. StringBuffer 和 StringBuilder类的对象能够被多次的修改，并且不产生新的未使用对象。
3. StringBuilder 类在 Java 5 中被提出，它和 StringBuffer 之间的最大不同在于 StringBuilder 的方法不是线程安全的（不能同步访问）。
4. 由于 StringBuilder 相较于 StringBuffer 有速度优势，多数情况下建议使用 StringBuilder类。然而在应用程序要求线程安全的情况下，则必须使用 StringBuffer 类。
   

3.2 继承结构

3.3 源码详解

（1）线程安全

分析源码

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

StringBuffer：线程安全，StringBuilder：线程不安全

因为 StringBuffer 的所有公开方法都是 synchronized 修饰的，而 StringBuilder 并没有。

（2）缓冲区

StringBuffer 代码片段：

private transient char[] toStringCache;

@Override
public synchronized String toString() {
    if (toStringCache == null) {
        toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
    }
    return new String(toStringCache, true);
}

StringBuilder 代码片段：

@Override
public String toString() {
    // Create a copy, don't share the array
    return new String(value, 0, count);
}

可以看出，StringBuffer 每次获取 toString 都会直接使用缓存区的 toStringCache 值来构造一个字符串。而 StringBuilder 则每次都需要复制一次字符数组，再构造一个字符串。所以，缓存冲这也是对 StringBuffer 的一个优化吧，不过 StringBuffer 的这个toString 方法仍然是同步的。

（3）性能

StringBuffer是线程安全的，它的所有公开方法都是同步的，StringBuilder 是没有对方法加锁同步的，所以毫无疑问，StringBuilder的性能要远大于StringBuffer。

（4） 使用场景

总结

StringBuffer 适用于用在多线程操作同一个 StringBuffer 的场景，如果是单线程场合 StringBuilder 更适合。

参考：https://blog.csdn.net/qq_41711633/article/details/115793928、https://blog.csdn.net/weixin_45393094/article/details/104526603