全面解释Java中StringBuilder、StringBuffer、String类之间的关系

String类

定义

String类是Java中的一个类，用于表示一个不可变的Unicode字符序列。

特点

String类的实例是不可变的，即任何修改字符串的操作都会返回一个新字符串，这是因为Java中的字符串是被设计为不可变的。例如：

String s1 = "hello";
String s2 = s1.toUpperCase(); // 将字符串转为大写
System.out.println(s1); // 输出 hello
System.out.println(s2); // 输出 HELLO

在上面的例子中，我们执行 toUpperCase() 方法返回的结果并没有修改原始字符串 s1 的值，而是返回了一个新的字符串 s2。

优化方案

由于String类的每次操作都会创建新的字符串对象，所以对于连续的字符串操作，会产生大量的临时字符串，从而导致性能问题。因此，StringBuilder类和StringBuffer类就应运而生。

StringBuilder类和StringBuffer类

定义

StringBuilder类和StringBuffer类都实现了Appendable接口，用于支持字符串的可变性。其中，StringBuilder类是非线程安全的，适用于单线程环境；StringBuffer类是线程安全的，适用于多线程环境。

特点

StringBuilder类和StringBuffer类都是可变的字符串对象。例如：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("hello");
sb.append("world");
String s = sb.toString(); // 将可变字符串转为不可变字符串
System.out.println(s); // 输出 helloworld

在上面的例子中，我们使用 StringBuilder 类的 append() 方法将两个字符串连接在一起，并将可变字符串对象转换为不可变字符串对象。

区别

• StringBuilder类是非线程安全的，适用于单线程环境；StringBuffer类是线程安全的，适用于多线程环境。
• 在字符串频繁修改的场景下，使用StringBuilder类比使用String类效率更高。
• 在多线程场景下，使用StringBuffer类比使用StringBuilder类更安全。

示例说明

示例1：使用StringBuilder拼接字符串

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sb.append("item").append(i).append(","); // 拼接字符串
}
String s = sb.toString(); // 转换为不可变字符串
System.out.println(s);

在上面的例子中，我们使用StringBuilder类拼接了100个字符串，并且只创建了一个可变字符串对象。这种方式相比每次使用+号拼接字符串更加高效。

示例2：使用StringBuffer在多线程环境下实现计数器

final StringBuffer sb = new StringBuffer(); // 线程安全的可变字符串对象
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            sb.append(1); // 每个线程将数字1追加到可变字符串对象上
        }
    }).start();
}
Thread.sleep(1000); // 等待1秒钟，保证所有线程都执行完成
System.out.println(sb.length()); // 输出结果为100

在上面的例子中，我们使用StringBuffer类在多线程环境下实现了一个计数器，将数字1追加到可变字符串对象上，并在1秒钟后输出了最终字符串的长度。由于我们使用了线程安全的StringBuffer类，所以不需要使用线程同步的机制来保证线程安全。