詳細分析Java中String、StringBuffer、StringBuilder類的性能

我們先要記住三者的特徵：

• String 字符串常量
• StringBuffer 字符串變量（線程安全）
• StringBuilder 字符串變量（非線程安全）

一、定義
查看API會發現，String、StringBuffer、StringBuilder都實現了CharSequence接口，雖然它們都與字符串相關，但是其處理機制不同。

• String：是不可改變的量，也就是創建後就不能在修改了。
• StringBuffer：是一個可變字符串序列，它與String一樣，在內存中保存的都是一個有序的字符串序列（char類型的數組），不同點是StringBuffer對象的值都是可變的。
• StringBuilder：與StringBuffer類基本相同，都是可變字符換字符串序列，不同點是StringBuffer是線程安全的，StringBuilder是線程不安全的。 在性能方面，由於String類的操作是產生新的String對象，而StringBuilder和StringBuffer只是一個字符數組的擴容而已，所以String類的操作要遠慢於StringBuffer和StringBuilder。

二、使用場景
使用String類的場景：在字符串不經常變化的場景中可以使用String類，例如常量的聲明、少量的變量運算。
使用StringBuffer類的場景：在頻繁進行字符串運算（如拼接、替換、刪除等），並且運行在多線程環境中，則可以考慮使用StringBuffer，例如XML解析、HTTP參數解析和封裝。
使用StringBuilder類的場景：在頻繁進行字符串運算（如拼接、替換、和刪除等），並且運行在單線程的環境中，則可以考慮使用StringBuilder，如SQL語句的拼裝、JSON封裝等。

三、分析
簡要的說， String 類型和StringBuffer 類型的主要性能區別其實在於String 是不可變的對象, 因此在每次對String 類型進行改變的時候其實都等同於生成了一個新的String 對象，然後將指針指向新的String 對象。所以經常改變內容的字符串最好不要用String ，因為每次生成對像都會對系統性能產生影響，特別當內存中無引用對像多了以後， JVM 的GC 就會開始工作，那速度是一定會相當慢的。

而如果是使用StringBuffer 類則結果就不一樣了，每次結果都會對StringBuffer 對象本身進行操作，而不是生成新的對象，再改變對象引用。所以在一般情況下我們推薦使用StringBuffer ，特別是字符串對象經常改變的情況下。而在某些特別情況下， String 對象的字符串拼接其實是被JVM 解釋成了StringBuffer 對象的拼接，所以這些時候String 對象的速度並不會比StringBuffer 對象慢，而特別是以下的字符串對像生成中， String 效率是遠要比StringBuffer 快的：

 String S1 = “This is only a" + “ simple" + “ test";StringBuffer Sb = new StringBuilder(“This is only a").append(“ simple").append(“ test");

你會很驚訝的發現，生成String S1 對象的速度簡直太快了，而這個時候StringBuffer 居然速度上根本一點都不佔優勢。其實這是JVM 的一個把戲，在JVM 眼裡，這個

String S1 = “This is only a" + “ simple" + “test";

其實就是：

 String S1 = “This is only a simple test";

所以當然不需要太多的時間了。但大家這裡要注意的是，如果你的字符串是來自另外的String 對象的話，速度就沒那麼快了，譬如：

 String S2 = "This is only a";String S3 = "simple";String S4 = "test";String S1 = S2 +S3 + S4;

這時候JVM 會規規矩矩的按照原來的方式去做。

四、深入JVM的優化處理
真的會有上面的性能代價麼，字符串拼接這麼常用，沒有特殊的處理優化麼，答案是有的，這個優化進行在JVM編譯.java到bytecode時。

一個Java程序如果想運行起來，需要經過兩個時期，編譯時和運行時。在編譯時，Java JVM(Compiler)將java文件轉換成字節碼。在運行時，Java虛擬機（JVM）運行編譯時生成的字節碼。通過這樣兩個時期，Java做到了所謂的一處編譯，處處運行。

我們實驗一下編譯期都做了哪些優化，我們製造一段可能會出現性能代價的代碼。

 public class Concatenation { public static void main(String[] args) { String userName = "Andy"; String age = "24"; String job = "Developer"; String info = userName + age + job; System.out.println(info); }}

對Concatenation.java進行編譯一下。得到Concatenation.class

 javac Concatenation.java

然後我們使用javap反編譯一下編譯出來的Concatenation.class文件。 javap -c Concatenation。如果沒有找到javap命令，請考慮將javap所在目錄加入環境變量或者使用javap的完整路徑。

 17:22:04-androidyue~/workspace_adt/strings/src$ javap -c ConcatenationCompiled from "Concatenation.java"public class Concatenation { public Concatenation(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: ldc #2 // String Andy 2: astore_1 3: ldc #3 // String 24 5: astore_2 6: ldc #4 // String Developer 8: astore_3 9: new #5 // class java/lang/StringBuilder 12: dup 13: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 16: aload_1 17: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 20: aload_2 21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 24: aload_3 25: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 28: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 31: astore 4 33: getstatic #9 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 36: aload 4 38: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 41: return}

其中，ldc，astore等為java字節碼的指令，類似彙編指令。後面的註釋使用了Java相關的內容進行了說明。 我們可以看到上面有很多StringBuilder,但是我們在Java代碼裡並沒有顯示地調用，這就是JavaJVM做的優化，當JavaJVM遇到字符串拼接的時候，會創建一個StringBuilder對象，後面的拼接，實際上是調用StringBuilder對象的append方法。這樣就不會有我們上面擔心的問題了。

五、僅靠JVM優化？
既然JVM幫我們做了優化，是不是僅僅依靠JVM的優化就夠了呢，當然不是。
下面我們看一段未優化性能較低的代碼

public void implicitUseStringBuilder(String[] values) { String result = ""; for (int i = 0 ; i < values.length; i ++) { result += values[i]; } System.out.println(result);}

使用javac編譯，使用javap查看

public void implicitUseStringBuilder(java.lang.String[]); Code: 0: ldc #11 // String 2: astore_2 3: iconst_0 4: istore_3 5: iload_3 6: aload_1 7: arraylength 8: if_icmpge 38 11: new #5 // class java/lang/StringBuilder 14: dup 15: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 18: aload_2 19: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 22: aload_1 23: iload_3 24: aaload 25: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 28: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 31: astore_2 32: iinc 3, 1 35: goto 5 38: getstatic #9 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 41: aload_2 42: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 45: return

其中8: if_icmpge 38 和35: goto 5構成了一個循環。 8: if_icmpge 38的意思是如果JVM操作數棧的整數對比大於等於（i < values.length的相反結果）成立，則跳到第38行（System.out）。 35: goto 5則表示直接跳到第5行。

但是這裡面有一個很重要的就是StringBuilder對象創建發生在循環之間，也就是意味著有多少次循環會創建多少個StringBuilder對象，這樣明顯不好。赤裸裸地低水平代碼啊。

稍微優化一下，瞬間提升逼格。

 public void explicitUseStringBuider(String[] values) { StringBuilder result = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < values.length; i ++) { result.append(values[i]); }}

對應的編譯後的信息

public void explicitUseStringBuider(java.lang.String[]); Code: 0: new #5 // class java/lang/StringBuilder 3: dup 4: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 7: astore_2 8: iconst_0 9: istore_3 10: iload_3 11: aload_1 12: arraylength 13: if_icmpge 30 16: aload_2 17: aload_1 18: iload_3 19: aaload 20: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 23: pop 24: iinc 3, 1 27: goto 10 30: return

從上面可以看出，13: if_icmpge 30和27: goto 10構成了一個loop循環，而0: new #5位於循環之外，所以不會多次創建StringBuilder.

總的來說，我們在循環體中需要盡量避免隱式或者顯式創建StringBuilder. 所以那些了解代碼如何編譯，內部如何執行的人，寫的代碼檔次都比較高。

六、結論
在大部分情況下StringBuffer > String

Java.lang.StringBuffer是線程安全的可變字符序列。一個類似於String 的字符串緩衝區，但不能修改。雖然在任意時間點上它都包含某種特定的字符序列，但通過某些方法調用可以改變該序列的長度和內容。在程序中可將字符串緩衝區安全地用於多線程。而且在必要時可以對這些方法進行同步，因此任意特定實例上的所有操作就好像是以串行順序發生的，該順序與所涉及的每個線程進行的方法調用順序一致。

StringBuffer 上的主要操作是append 和insert 方法，可重載這些方法，以接受任意類型的數據。每個方法都能有效地將給定的數據轉換成字符串，然後將該字符串的字符追加或插入到字符串緩衝區中。 append 方法始終將這些字符添加到緩衝區的末端；而insert 方法則在指定的點添加字符。

例如，如果z 引用一個當前內容是“start”的字符串緩衝區對象，則此方法調用z.append(“le”) 會使字符串緩衝區包含“startle”(累加);而z.insert(4, “le”) 將更改字符串緩衝區，使之包含“starlet”。

在大部分情況下StringBuilder > StringBuffer

java.lang.StringBuilder一個可變的字符序列是JAVA 5.0新增的。此類提供一個與StringBuffer 兼容的API，但不保證同步，所以使用場景是單線程。該類被設計用作StringBuffer 的一個簡易替換，用在字符串緩衝區被單個線程使用的時候（這種情況很普遍）。如果可能，建議優先採用該類，因為在大多數實現中，它比StringBuffer 要快。兩者的使用方法基本相同。