面试题：Java中字符串处理类性能在多线程场景的表现

Question

假设在一个多线程环境中，需要进行大量的字符串拼接操作，从性能和线程安全角度分析，应优先选择String、StringBuffer和StringBuilder中的哪一个，并详细说明原因以及如何优化性能。

Answer 1

在多线程环境下进行大量字符串拼接操作，应优先选择StringBuffer。原因如下：

• 性能角度：
  • String类是不可变的，每次字符串拼接操作都会创建一个新的String对象，这会导致大量的内存开销，性能较差。例如String s = "a" + "b" + "c";，在编译期会优化为String s = "abc";，但运行期动态拼接时会不断创建新对象。
  • StringBuffer和StringBuilder都使用可变的字符数组来存储字符串，拼接操作不会创建新的对象，性能较好。但StringBuffer由于方法使用synchronized关键字修饰，在多线程环境下同步操作会有一定性能损耗，不过相比String的频繁对象创建，性能仍有很大提升。StringBuilder没有同步机制，在单线程环境下性能最优，但不适合多线程。
• 线程安全角度：
  • String本身是线程安全的，因为其不可变性，多个线程访问同一个String对象不会产生线程安全问题。
  • StringBuffer的方法都是线程安全的，通过synchronized关键字保证在多线程环境下数据的一致性和完整性。
  • StringBuilder不是线程安全的，在多线程环境下同时访问和修改StringBuilder对象可能会导致数据不一致等线程安全问题。

性能优化建议：

1. 预先分配足够的容量：在创建StringBuffer对象时，可以根据预估的字符串长度设置初始容量，避免在拼接过程中频繁扩容。例如StringBuffer sb = new StringBuffer(100);，这里100是预估容量。
2. 减少不必要的同步开销：如果能确定某段代码在单线程环境下执行，可以考虑使用StringBuilder，执行完成后再转换为StringBuffer供多线程使用。例如：

StringBuilder tempSb = new StringBuilder();
// 单线程环境下进行大量拼接操作
tempSb.append("part1").append("part2"); 
StringBuffer finalSb = new StringBuffer(tempSb.toString());

3. 批量拼接：尽量减少拼接次数，将多个需要拼接的部分一次性拼接。例如不要多次执行sb.append("a"); sb.append("b");，而是sb.append("ab"); 。