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Java中StringBuffer和StringBuilder的区别

P粉602998670

P粉602998670

发布时间:2025-09-22 22:40:01

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来源于php中文网

原创

答案是StringBuffer线程安全但性能较低,StringBuilder非线程安全但性能更高。前者适用于多线程环境,后者适合单线程场景。

java中stringbuffer和stringbuilder的区别

Java中

StringBuffer
StringBuilder
的核心区别,简单来说,在于它们的线程安全性以及由此带来的性能表现。
StringBuffer
是线程安全的,适用于多线程环境,但因此会带来一定的性能开销;而
StringBuilder
则非线程安全,在单线程环境下性能更优。

解决方案

当我们处理字符串拼接或修改操作时,Java提供了多种选择。在

String
对象不可变这一特性下,频繁的字符串操作会创建大量临时对象,导致性能下降。
StringBuffer
StringBuilder
应运而生,它们都提供了可变的字符序列,从而避免了这种开销。

它们都继承自

AbstractStringBuilder
,这意味着它们在底层操作字符数组的逻辑上是高度相似的。真正的分水岭在于
StringBuffer
的每一个公共方法,比如
append()
,
insert()
,
delete()
等,都使用了
synchronized
关键字进行修饰。这意味着在任何时刻,只有一个线程能够访问
StringBuffer
的这些方法,从而保证了其在多线程环境下的数据一致性。这种同步机制虽然确保了安全性,但也引入了锁的开销,降低了执行效率。

相比之下,

StringBuilder
则没有这些
synchronized
修饰。它的方法是不同步的,因此在多线程环境下,多个线程同时尝试修改同一个
StringBuilder
实例时,就可能出现数据错乱、不一致的情况。但正是因为没有了同步锁的负担,
StringBuilder
在单线程环境下的执行速度要显著快于
StringBuffer

立即学习Java免费学习笔记(深入)”;

因此,选择哪一个,往往是安全与性能之间的一个权衡。

在哪些场景下我们应该优先选择StringBuffer而非StringBuilder?

这其实是个很实际的问题,我个人在日常开发中,除非有明确的多线程需求,否则基本上都是

StringBuilder
的拥趸。但“明确的多线程需求”这个点,是不能含糊的。如果你正在开发一个并发系统,比如一个服务器端应用,多个客户端请求可能会同时修改一个共享的字符串缓冲区(尽管这种情况在设计上应该尽量避免,但总有例外),那么
StringBuffer
的线程安全性就成了不可或缺的保障。

想象一下,一个日志系统,多个线程都往一个

StringBuffer
实例中写入日志信息。如果用
StringBuilder
,很可能出现日志条目交错、不完整,甚至抛出
ArrayIndexOutOfBoundsException
等不可预测的错误。
StringBuffer
通过内部的锁机制,确保了每次只有一个线程能够修改其内部的字符数组,从而保证了操作的原子性和可见性。这种场景下,即使性能略有牺牲,数据正确性才是首要的。当然,如果能通过其他并发工具(如
ConcurrentLinkedQueue
配合
String
)来更优雅地解决并发写入问题,那又是另一回事了。但如果非要在一个可变字符序列上进行多线程操作,
StringBuffer
就是你的安全网。

单线程应用中坚持使用StringBuffer会有哪些性能开销?

即便是在一个纯粹的单线程应用中,

StringBuffer
的同步机制依然会带来不必要的性能损耗。这就像你一个人在家,却把所有门都上了锁一样,虽然安全,但每次进出房间都得多一道开锁、关锁的步骤。

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具体来说,

synchronized
关键字会触发JVM的内部锁机制。每次调用
StringBuffer
append()
insert()
等方法时,JVM都需要执行一系列操作:

  1. 获取监视器锁(Monitor Lock):这涉及到CPU指令,检查锁的状态,如果锁被占用,线程可能需要等待。
  2. 内存屏障(Memory Barriers):为了保证可见性,同步操作会引入内存屏障,这会阻止编译器和CPU对指令进行重排序,并确保对共享变量的修改对其他线程可见(即使在单线程环境下,这些操作也并非完全免费,只是效果不明显)。
  3. 释放监视器锁:操作完成后,释放锁,以便其他(理论上不存在的)线程可以获取。

这些操作虽然单个开销很小,但在字符串拼接操作频繁、循环次数多的场景下,累积起来的开销就会变得相当可观。我曾经做过一些简单的性能测试,在百万次甚至千万次的字符串拼接循环中,

StringBuilder
的执行时间通常比
StringBuffer
快几倍甚至十几倍。在追求极致性能的场景,比如高性能计算、游戏开发或者处理海量数据的后端服务中,这种差异是绝对不能忽视的。所以,在确定是单线程环境时,选择
StringBuilder
是一种非常明智的优化。

从Java内存模型和底层实现角度看,二者为何会有性能差异?

要深入理解性能差异,我们需要稍微触及Java内存模型(JMM)和

synchronized
的底层实现。

StringBuffer
的性能开销,直接来源于
synchronized
关键字。在JMM中,
synchronized
不仅保证了原子性(同一时刻只有一个线程执行代码块),更重要的是它保证了可见性和有序性。当一个线程进入
synchronized
代码块时,它会刷新工作内存,从主内存中读取最新的共享变量值;当它退出
synchronized
代码块时,它会将工作内存中的修改写回主内存。这些“刷新”和“写回”操作,就是通过内存屏障来实现的。

内存屏障是一种CPU指令,它会强制CPU在执行特定操作之前或之后,完成一些内存操作。这会阻止CPU和编译器对指令进行重排序,确保了操作的顺序性,但代价是会增加CPU的执行周期,因为它限制了CPU的优化能力。

StringBuffer
的每个关键方法都带
synchronized
,意味着每次调用这些方法,都会触发一次锁的获取与释放,以及潜在的内存屏障操作。这些操作在多核处理器上尤其明显,因为它们需要协调不同核心的缓存一致性。

StringBuilder
则完全跳过了这些步骤。它的方法没有
synchronized
修饰,这意味着JVM不会为它生成任何锁相关的字节码指令,也不会插入内存屏障。因此,CPU可以自由地对
StringBuilder
的操作进行重排序和缓存优化,从而以最快的速度执行。它直接操作内部的字符数组,没有任何额外的同步负担。

所以,从底层来看,

StringBuffer
的性能开销并非因为它做了什么“额外”的计算,而是因为它在每次操作时都必须遵守JMM的同步规则,付出协调多线程访问的代价。
StringBuilder
则因为没有这些限制,得以发挥出更接近硬件的原始性能。这并非
StringBuffer
设计上的缺陷,而是它作为线程安全组件所必须付出的代价。

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