StringBuffer和StringBuilder的区别与联系

区别一览

StringBuffer 和 StringBuilder 在 Java 中都用于创建和操作字符串，但它们之间存在一些关键区别和联系：

1. 同步性（线程安全）:

   • StringBuffer 是线程安全的，这意味着它的方法是同步的。当在多线程环境中使用时，StringBuffer 会确保在任何时刻只有一个线程能够改变字符串的内容。
   • StringBuilder 不是线程安全的，这意味着它的方法不是同步的。因此，在单线程环境中使用 StringBuilder 可以提高性能，因为它避免了同步带来的开销。

2. 性能:

   • 由于不需要进行线程同步，StringBuilder 通常比 StringBuffer 快，尤其是在字符串频繁修改的场景中。

3. 用法:

   • 它们都继承自相同的父类 AbstractStringBuilder，并且提供了类似的方法，如 append(), insert(), delete(), reverse() 等，用于构造和修改字符串。

4. 选择使用场景:

   • 在单线程应用程序或者**局部变量（栈封闭）**的场景中，推荐使用 StringBuilder。
   • 在多线程环境中，如果字符串对象需要在多个线程间共享和修改，使用 StringBuffer。

5. 可变性:

   • 两者都是可变的，这意味着它们都允许在不创建新对象的情况下更改字符串的内容。这与 String 类型不同，String 类型的对象一旦创建，其内容就不可更改。

在实际应用中，选择 StringBuffer 还是 StringBuilder 应基于应用程序的线程安全需求。对于大多数现代应用程序，StringBuilder 由于其更高的性能而更受欢迎，但在需要确保线程安全的场合，StringBuffer 仍然是必需的。

StringBuffer如何实现多线程

可以看到StringBugffer中基本上很多方法都用了synchronized修饰。

下面是StringBuffer在的一些核心伪代码：

public final class StringBuffer implements java.io.Serializable, CharSequence {
    private char[] value;
    private int count;

    public synchronized StringBuffer append(String str) {
        // 检查容量并扩展
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        
        // 将字符串复制到内部数组
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }

    private synchronized void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // 如果当前容量不足，则进行扩展
        if (minimumCapacity - value.length > 0) {
            expandCapacity(minimumCapacity);
        }
    }

    private void expandCapacity(int minimumCapacity) {
        int newCapacity = value.length * 2 + 2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
            newCapacity = minimumCapacity;
        if (newCapacity < 0) {
            if (minimumCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
    }
}

StringBuffer 在 Java 中实现多线程安全主要通过以下方式：

同步关键字（Synchronized）

1. 方法级同步:

   • 在 StringBuffer 类中，几乎所有公共方法都使用 synchronized 关键字进行声明。这意味着当一个线程正在执行这些同步方法时，其他线程必须等待，直到当前线程完成操作。
   • 举个例子，假设有一个 StringBuffer 对象 sb 和两个线程 A 和 B。如果线程 A 正在执行 sb.append("A")，而这个方法是同步的，那么线程 B 就必须等待，直到线程 A 完成操作才能执行 sb.append("B")。

2. 对象锁:

   • 当一个线程进入一个 StringBuffer 的同步方法时，它会自动获取该 StringBuffer 对象的锁。直到该线程退出同步方法，其他线程才能访问该对象的任何同步方法。
   • 这种锁是互斥的，确保同一时间只有一个线程能操作同一个 StringBuffer 实例。

性能考虑

• 由于 synchronized 方法可能导致性能问题，尤其是在高度竞争的环境中，StringBuffer 在单线程应用或者没有线程安全需求的情况下并不是最佳选择。这种场景下，StringBuilder（不是线程安全的）通常是更好的选择，因为它避免了同步带来的性能损失。

使用场景

• 尽管 StringBuffer 提供了线程安全，但在现代多线程应用程序中，通常推荐使用其他并发工具，例如 java.util.concurrent 包中的类，或者完全避免在多个线程间共享可变状态。这是因为精细的并发控制通常可以提供更好的性能和更易于管理的线程安全性。

综上所述，StringBuffer 通过使用 synchronized 关键字在方法级别提供线程安全，但这种方式可能会导致在高并发环境下的性能问题。在现代 Java 应用中，建议谨慎考虑是否需要使用 StringBuffer，以及是否有更适合的线程安全替代方案。

当不使用多线程的情况下，是否StringBuffer和StringBuilder的性能一样？

我们以append为例
可以看到

图片中的StringBuffer和StringBuilder都是用了同一个父类方法实现append，在返回this。

但是
当不使用多线程的情况下，StringBuffer 和 StringBuilder 的性能并不完全相同。尽管在单线程环境中，线程安全的问题不再是一个关注点，但 StringBuffer 的同步特性依然存在，这会导致一些性能上的差异。

性能差异原因

1. 同步开销:

   • StringBuffer 中的大多数方法使用了 synchronized 关键字，这意味着即便在单线程环境中，每次调用这些方法时也会涉及到获取和释放对象锁的开销。这是一个额外的成本，哪怕只有一个线程在操作。

2. StringBuilder 的优化:

   • StringBuilder 没有这些同步开销，因此在执行相同的字符串操作时，它通常会更快。即使在单线程应用中，这种性能差异在处理大量数据或进行频繁的字符串操作时仍然显著。

实践中的选择

• 在单线程环境中，由于没有多线程并发问题，推荐使用 StringBuilder。它提供了与 StringBuffer 相同的 API，但由于避免了同步开销，性能更优。
• 只有当确实需要在多线程环境中共享字符串构建器对象时，才应选择 StringBuffer。

结论

尽管在不使用多线程的情况下，StringBuffer 和 StringBuilder 都能安全地使用，但 StringBuilder 由于没有同步开销，其性能通常更佳。