Java开发笔记（一百五十四）StringBuffer和StringBuilder的由来

本来String类已经能够完成字符串操作的所有功能，为何Java又提供了专门的StringBuffer和StringBuilder呢？这要从String类的设计说起了，查看String的源码，发现其内部采用字符数组保存字符串，如下所示：

    private final char value[];

可是问题在于，这个字符数组被final修饰了，意味着数组大小不可改变。若想将现有字符串拼接一段字符形成新串（无论是加号拼接还是调用format方法），String类就无法扩充现有的字符数组，只能重新生成新的String对象。然而在需要频繁拼接字符串的场合，不断地重新生成String对象，这涉及到内存数据的反复销毁和反复分配，无疑对程序性能产生巨大的影响。
为了解决频繁拼接带来的性能问题，一开始Java提供了StringBuffer类，其内部的value数组是大小可变的，在拼接字符串时无需重新生成StringBuffer对象，由此避免了对象创建与对象销毁带来的开销。StringBuffer的拼接方法名叫append，因为该方法同时也返回拼接后的StringBuffer对象，所以拼接多个字符串时只需连续调用append即可。
不过Java把StringBuffer类设计成线程安全，它的append方法被synchronized修饰，表示这是个同步方法。既然是同步方法，那么调用之时就会先加锁，等调用结束再解锁。该设计的意图是让StringBuffer类更加健壮，但是拼接字符串几乎不存在多线程并发的场景，绝大多数情况都是按顺序拼接，谁会脑袋抽筋中途插队拼接呢？于是这个锁同步设计形同鸡肋。
鉴于加解锁也会带来额外的性能损耗，因此JDK1.5又增加了StringBuilder类，该类的实现方式与StringBuffer类大同小异，主要区别在于StringBuilder类的append方法去掉了synchronized修饰，从而省去了无谓的加解锁操作。
下面通过实际代码演示一下StringBuffer、StringBuilder和String三者在频繁拼接时候的性能表现，每种对象分别拼接字符串199999次：

    public static void main(String[] argv) {
    	testBuffer(199999);
    	testBuilder(199999);
    	testString(199999);
    }

    // 测试StringBuffer的字符串拼接
    private static void testBuffer(int count) {
        long beginTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuffer buffer = new StringBuffer("");
        for (int i=0; i<=count; i++) {
            buffer.append("a");
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        String costTime = String.format("%.3fs", (endTime-beginTime)/1000.0);
        System.out.println("testBuffer cost "+costTime);
    }

    // 测试StringBuilder的字符串拼接
    private static void testBuilder(int count) {
        long beginTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder builder = new StringBuilder("");
        for (int i=0; i<=count; i++) {
            builder.append("a");
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        String costTime = String.format("%.3fs", (endTime-beginTime)/1000.0);
        System.out.println("testBuilder cost "+costTime);
    }

    // 测试String的字符串拼接
    private static void testString(int count) {
        long beginTime = System.currentTimeMillis();
        String str = "";
        for (int i=0; i<=count; i++) {
            str += "a";
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        String costTime = String.format("%.3fs", (endTime-beginTime)/1000.0);
        System.out.println("testString cost "+costTime);
    }

运行测试代码，观察到如下所示的结果日志：

testBuffer cost 0.022s
testBuilder cost 0.010s
testString cost 13.865s

可见StringBuilder耗时最短，StringBuffer其次当然差距也不大，String耗时最长并且差距显著增大。上述案例说明，在大量拼接字符串的场合，采取StringBuilder实现是最经济的。

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