Java中的字串操作（比較String，StringBuiler和StringBuffer）

黃鈺朝發表於2020-04-26
Java字串UI

一、前言

剛開始學習Java時，作為只會C語言的小白，就為其中的字串操作而感到震撼。相比之下，C語言在位元組陣列中儲存一個結尾的\0去表示字串，想實現字串拼接，還需要呼叫strcpy庫函式或者自己手動去複製陣列，非常麻煩，更別提其他複雜操作，而Java通過String類讓字串操作變得十分簡單和方便。除此之外，還有stringbuilder等這些類的輔助，那麼本文就從String，StringBuiler和StringBuffer的區別開始，去探討Java中的字串操作。

二、String，StringBuiler和StringBuffer

2.1 String類

Java 提供了 String 類來建立和操作字串。在原始碼中可以看到，String類內部的實現也是一個位元組陣列，這個陣列是final型別的，因此String是不可變的物件，每次在對String類進行改變的時候都會生成一個新的string物件，然後將指標指向新的string物件。

2.2 StringBuiler 類

和 String 類不同的是，StringBuilder 類的物件能夠被多次的修改，並且不產生新的物件。這個特性的意義在於，如果我們進行大量的字串操作，使用String類就會產生很大的效能消耗，而StringBuilder就可以避免這個問題。

2.3 StringBuffer 類

StringBuffer 和StringBuiler之間的最大不同在於 StringBuilder 的方法不是執行緒安全的。

由於 StringBuilder 相較於 StringBuffer 有速度優勢，所以多數情況下建議使用 StringBuilder 類。然而在應用程式要求執行緒安全的情況下，則必須使用 StringBuffer 類。

2.4 String，StringBuiler和StringBuffer的比較（對比C/C++）

操作型別 說明 是否可變 執行緒安全性 效能
Java中的String String 類中使用 final
關鍵字修飾字元陣列來儲存字串		 不可變 執行緒安全 低
Java中的StringBuffer 字串變數 可變 執行緒安全 一般
Java中的StringBuilder 字串變數 可變 執行緒不安全 一般
C/C++ 中的char* 操作 char *是一個指標，可以
指向一個字串陣列		 可變 不可知 高
C/C++中的char陣列 用一個字元陣列來儲存字串 不可變 不可知 高
C/C++中的String封裝類 string可以被看成是以字元
為元素的一種容器。		 可變 併發讀操作
是執行緒安全的		 較高

三、各種字串操作的效率測試

3.1 測試程式碼

    @Test
    public void test() {
        int count = 100000;

        long startTime = System.currentTimeMillis();
        String str = "";
        for(int i = 0; i< count; i++){
            str += i;
        }
        System.out.println("執行"+count+"次  String 耗時:"+ getRunTime(startTime));

        startTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            stringBuilder.append(i);
        }
        System.out.println("執行"+count+"次  StringBuilder 耗時:"+ getRunTime(startTime));

        startTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer("");
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            stringBuffer.append(i);
        }
        System.out.println("執行"+count+"次  StringBuffer 耗時:"+ getRunTime(startTime));

    }

3.2 測試結果

執行100000次  String 耗時:32s
執行100000次  StringBuilder 耗時:2ms
執行100000次  StringBuffer 耗時:4ms

3.3 小結

可以看到String類的效能遠低於StringBuiler和StringBuffer，而StringBuiler在本次測試中比Stringbuffer提高了50%的效能

四、Java字串和正規表示式

4.1 測試程式碼

    @Test
    public void test0(){
        //郵政編碼
        String postCode = "[1-9]\\d{5}";
        //區號-座機號碼
        String areaCode = "\\d{3}-\\d{8}|\\d{4}-\\d{7}";
        //手機號碼
        String phone = "(?:13\\d|15\\d|18\\d)\\d{5}(\\d{3}|\\*{3})";

        String text = "郵政編碼：440834"+
                      "區號-座機號碼: 020-12345678"+
                      "手機號：13536373839"+
                      "郵政編碼：440833"+
                      "區號-座機號碼: 010-12345678"+
                      "手機號：13536373739";

        Pattern p = Pattern.compile(postCode);
        Matcher m = p.matcher(text);
        System.out.println("文字中包含郵政編碼：");
        while (m.find()){
            System.out.println(m.group());
        }

        p = Pattern.compile(areaCode);
        m= p.matcher(text);
        System.out.println("文字中包含區號-座機號碼：");
        while (m.find()){
            System.out.println(m.group());
        }

        p = Pattern.compile(phone);
        m= p.matcher(text);
        System.out.println("文字中包含手機號：");
        while (m.find()){
            System.out.println(m.group());
        }
    }

4.2 測試結果

文字中包含郵政編碼：
440834
123456
135363
440833
123456
135363
文字中包含區號-座機號碼：
020-12345678
010-12345678
文字中包含手機號：
13536373839
13536373739

五、總結

經過測試和比較，可以看到Java中同為字串操作，但由於背後實現的原理不同，形成的效能差異也是十分巨大，相比之下，C/C++中的字串操作效能更高。String類的效能遠低於StringBuiler和StringBuffer，而StringBuiler比Stringbuffer的效能稍微高一點。對效能的探究，最終還是要回到使用場景，可以總結得出，如果不涉及字串操作，那麼String類是首選，如果涉及的字串操作沒有執行緒安全問題，那麼使用StringBuilder，如果涉及的字串操作存線上程安全問題，那麼使用StringBuffer

六、參考資料

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