String、StringBuilder、StringBuffer 的区别？

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Java 面试基础

深入解析Java中String、StringBuilder、StringBuffer的区别，从不可变性到线程安全，分初级、中级、高级三个层次全面讲解。

一句话总结

String 不可变（final 类 + private final byte[]，适合常量/Map key）→ StringBuilder 可变且快（非线程安全，单线程拼接首选）→ StringBuffer 可变且安全（synchronized 方法，多线程场景）。JDK 9 引入 Compact Strings（byte[] + coder），纯 Latin-1 字符内存减半。字符串常量池通过 intern() 复用相同字面量。

初级理解

String 是不可变的：String 类被 final 修饰，底层使用 private final char[]（JDK 9 后改为 byte[]）存储字符。每次对 String 的修改操作（如拼接、替换）都会创建一个新的 String 对象，原对象不变。

StringBuilder 和 StringBuffer 是可变的：它们都继承自 AbstractStringBuilder，内部使用可变的 char[] 数组，修改操作在原数组上进行，不会创建新对象。

线程安全性：StringBuffer 的方法都加了 synchronized，是线程安全的；StringBuilder 没有同步，线程不安全但性能更高。

特性	String	StringBuilder	StringBuffer
可变性	不可变	可变	可变
线程安全	安全（不可变天然安全）	不安全	安全（synchronized）
性能	拼接时最差	最高	中等
使用场景	少量字符串操作	单线程大量拼接	多线程大量拼接

一句话总结：String 不可变适合常量；StringBuilder 可变且快适合单线程；StringBuffer 可变且安全适合多线程。

中级深入

String 的"+"拼接底层原理：Java 编译器会对 String 的"+"操作进行优化。常量拼接在编译期完成，变量拼接则使用 StringBuilder：

// 编译前 String s = "a" + "b" + "c"; // 编译后（常量折叠） String s = "abc"; // 编译前 String s = a + b; // 编译后（等价于） String s = new StringBuilder().append(a).append(b).toString();

循环拼接的性能陷阱：在循环中使用 String 的"+"拼接，每次循环都会创建一个新的 StringBuilder 和 String 对象，导致大量 GC：

// 错误写法：每次循环创建新 StringBuilder String result = ""; for (int i = 0; i < 10000; i++) { result += i; // 等价于 result = new StringBuilder(result).append(i).toString() } // 正确写法：复用同一个 StringBuilder StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { sb.append(i); } String result = sb.toString();

StringBuilder 的扩容机制：默认初始容量为 16。当 append 时容量不足，会扩容为原容量 * 2 + 2，并将原数组复制到新数组。如果知道最终长度，建议在构造时指定容量避免频繁扩容。

// 推荐：预估容量，避免扩容 StringBuilder sb = new StringBuilder(1024);

高级拓展

字符串常量池（String Pool）：JVM 在堆中维护了一个字符串常量池。使用双引号直接创建的字符串会放入常量池，使用 new String() 创建的不会。可以通过 intern() 方法手动将字符串加入常量池。

String s1 = "hello"; // 放入常量池 String s2 = "hello"; // 从常量池获取，s1 == s2 为 true String s3 = new String("hello"); // 在堆中新建对象，不在常量池 String s4 = s3.intern(); // 将 s3 的值放入常量池并返回引用 System.out.println(s1 == s2); // true System.out.println(s1 == s3); // false System.out.println(s1 == s4); // true

JDK 9 的 Compact Strings 优化：JDK 9 将 String 底层从 char[] 改为 byte[]，并增加了一个 coder 字段标识编码方式（LATIN1 或 UTF16）。如果字符串全是 Latin-1 字符（即每个字符占 1 字节），则使用 LATIN1 编码，内存占用减半。

String 为什么设计为不可变？

1. 字符串常量池的需要：如果 String 可变，常量池中的字符串被修改会影响所有引用它的变量。

2. 安全性：String 广泛用于类名、文件路径、网络连接参数等，不可变性保证了这些关键信息不会被篡改。

3. HashMap 的 key：String 作为最常用的 HashMap key，不可变性保证了 hashCode 不会变化，避免哈希表出现不一致。

4. 线程安全：不可变对象天然线程安全，无需同步。

面试加分项：能说出 JDK 9 Compact Strings 优化和 String 不可变性的设计原因，说明你对 JDK 演进有持续关注。

实战场景

场景：日志拼接性能优化

// 反例：每次循环创建 StringBuilder + String，大量 GC for (int i = 0; i < 100000; i++) { log.debug("处理第" + i + "条数据，结果：" + result); } // 正例1：先判断日志级别，避免无效拼接 if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("处理第" + i + "条数据，结果：" + result); } // 正例2：使用参数化日志（SLF4J） log.debug("处理第{}条数据，结果：{}", i, result); // 不拼接，直接传参

场景：大量字符串拼接选型

// 少量拼接（<5次）：直接用 + String sql = "SELECT * FROM user WHERE id = " + userId; // 中等拼接（5-100次）：StringBuilder StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (String item : list) { sb.append(item).append(","); } // 大量拼接（>100次）或需要分隔符：StringJoiner / Stream String result = list.stream().collect(Collectors.joining(",")); // 多线程拼接：StringBuffer StringBuffer buf = new StringBuffer();

面试模拟

Q：String 为什么设计为不可变？

A：四个原因：1) 字符串常量池：不可变才能安全共享；2) HashMap key：不可变保证 hashCode 稳定；3) 安全性：类名、文件路径等不会被篡改；4) 线程安全：不可变对象天然线程安全。

Q：String 的 "+" 拼接和 StringBuilder 的 append 有什么区别？

A：单次 "+" 拼接编译器会优化为 StringBuilder，但循环中每次 "+" 都会创建新的 StringBuilder 对象，导致大量 GC。循环拼接必须显式使用 StringBuilder 复用同一个对象。另外常量拼接在编译期完成（常量折叠），不产生运行时开销。

Q：intern() 方法的作用是什么？

A：intern() 将字符串放入常量池并返回池中引用。如果池中已有相等字符串，直接返回池中引用；否则将该字符串加入池中。常用于节省内存：大量重复字符串通过 intern() 复用同一对象。但注意常量池在堆中（JDK 7+），过多 intern 也会占用堆内存。