Java StringBuilder

Java StringBuilder是一個可變的、線程不安全的字符序列，它在內存中以可變的方式來維護它們，用於緩存字符串。 StringBuilder類沒有在實例化後重複創建一個新的對象，所以當需要進行多個字符串操作時它通常比String更加高效。

1. StringBuilder的背景信息

在Java String類中，字符串是不可變的對象，因此如果需要修改一個字符串，就需要創建一個新的String對象。這種機制可能會導致內存浪費和可維護性差的問題。Java StringBuilder為此而來。

StringBuilder提供了一種高效的字符串操作方式。使用StringBuilder可以避免在每次字符串操作時都重新創建一個新的String對象。它是自動擴容的，也可以手工調整其容量。其主要特點如下：

• StringBuilder對象的長度和內容可以修改
• StringBuilder對象可以在進行字符串操作時不需要額外開闢空間
• StringBuilder對象可以自由進行擴容，緩衝器與創建字符數組的效果類似
• StringBuilder對象可以直接和String對象進行互相轉換

2. StringBuilder的詳細闡述

一、StringBuilder與String的區別

StringBuilder對象可以在創建後進行內容的追加和修改，因此StringBuilder對象相關的API方法會比較多，而且在Java的API中，StringBuilder類和String類基本是對應的，兩者有很多相似的方法。

不僅如此， stringBuilder還有一些獨特的方法和屬性使它更加實用。例如，StringBuilder對象可以通過反向追加字符串來構造一個全新的字符串，這在某些情況下會更加高效。

二、StringBuilder容量和長度的關係

當創建一個StringBuilder時，它的默認容量為16個字符（如有需要可以通過構造函數指定容量大小）。如果需要在StringBuilder中添加的字符超出其當前容量，StringBuilder會自動進行擴容。擴容時，產生的新數組大小為原數組大小的2倍+2。

三、StringBuilder的方法

StringBuilder類中有很多方法可以對其進行操作，下面列舉幾個最常用的方法：

//構造函數
StringBuilder()  //構造一個空的字符串構建器，容量為默認大小16
StringBuilder(CharSequence seq)  //構造一個字符串構建器，該構建器包含與指定的CharSequence相同的字符

//添加方法，將string，char，StringBuilder對象或其它對象加入再修改文本
append(String str)  //將指定字符串追加到此字符序列
append(char c)  //將指定字符追加到此字符序列
append(StringBuffer sb)  //將指定StringBuffer追加到此字符序列
append(CharSequence s)  //將指定CharSequence追加到此字符序列
append(Object obj)  //將指定對象的字符串表示形式追加到此字符序列
append(StringBuilder sb)  //將指定StringBuilder追加到此字符序列
append(CharSequence s, int start, int end)  //將指定CharSequence的子序列追加到此字符序列

//插入方法，在任意位置插入新的文本
insert(int offset, String str)  //將指定字符串插入此字符序列中
insert(int offset, CharSequence s)  //將指定CharSequence插入此字符序列中
insert(int dstOffset, CharSequence s, int start, int end)  //將指定CharSequence字符子集插入此字符序列
insert(int offset, boolean b)  //將boolean參數插入此字符序列
insert(int offset, char c)  //將char參數插入此字符序列中
insert(int offset, int i)  //將int參數插入此字符序列中
insert(int offset, long l)  //將long參數插入此字符序列中
insert(int offset, float f)  //將float參數插入此字符序列中
insert(int offset, double d)  //將double參數插入此字符序列中

3. StringBuilder小標題

1. StringBuilder與String的性能對比

在進行多次追加操作時，如果使用String對象進行操作，就需要每次創建一個新的對象。這樣的話，在容量可預估的情況下，可以使用StringBuilder進行初始化，可以在程序的初始執行期就分配足夠的內存以避免重新分配內存。

示例代碼：

public static void main(String[] args) {

    //使用String
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    String s = "";
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        s += i;
    }
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("String time cost： " + (endTime - startTime) + "ms");

    //使用StringBuilder
    startTime = System.currentTimeMillis();
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        sb.append(i);
    }
    endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("StringBuilder time cost： " + (endTime - startTime) + "ms");
}

輸出結果：

String time cost： 38ms
StringBuilder time cost： 1ms

從上述代碼和結果可知，使用StringBuilder進行字符串追加的效率要大大高於使用String。因此，在處理字符序列時，如果需要對其進行多次操作，則應優先考慮使用StringBuilder。

2. StringBuilder的線程安全問題

在單一線程環境下，StringBuilder比StringBuffer要快很多，但是在多線程的情況下StringBuilder是線程不安全的。

如果需要在多線程環境下使用StringBuilder，可以使用java.util.concurrent.atomic.AtomicReference，java.util.concurrent.atomic.AtomicLongFieldUpdater等線程安全類來進行替代實現。

3. StringBuilder的容量和長度的控制

StringBuilder默認的初始化容量為16個字符，如果在使用時發現StringBuilder未參考原始字符串的容量進行設定初始化容量，則每次進行擴容的時候都會重新申請新的內存空間對象，這樣的開銷將越來越大，直到StringBuilder的長度超過需要的字符串長度，擴容次數達到一定數量後，StringBuilder操作效率將直線下降。

因此，在使用StringBuilder時，如果提前知道字符串的長度，可以使用構造函數或者.ensureCapacity()方法對容量進行初始化。

StringBuilder sb1 = new StringBuilder();  //默認容量16
StringBuilder sb2 = new StringBuilder(32);  //容量為32
sb1.ensureCapacity(64);  //容量是64

4. 總結

StringBuilder是Java中十分優秀的字符串處理類，可以在性能和便捷性兩個方面都擁有優勢。在進行大批量字符串處理時，StringBuilder往往比原來的String類更加方便，也可以提高效率。但在多線程環境下需要考慮線程安全的問題，如果需要對文本進行手動操作，可以需要考慮容量和長度的問題。為了提高代碼的可讀性和易維護性，在開發時應當合理運用StringBuilder的所有方法，，從而使代碼的質量更高，效率更高。