面试题：Java中不同字符串拼接方式对内存的影响

Question

当使用String、StringBuffer和StringBuilder分别进行大量字符串拼接操作时，它们对内存的占用和内存回收机制会产生怎样不同的影响？请结合JVM内存模型详细说明。

Answer 1

String

1. 内存占用
   • String是不可变类，每次进行字符串拼接操作，都会创建一个新的String对象。例如，执行String s = "a" + "b" + "c";，在编译期会优化为String s = "abc";，但如果是运行时拼接，如String s1 = "a"; String s2 = "b"; String result = s1 + s2;，就会创建新的String对象。这会导致大量中间对象在内存中被创建，占用较多内存。
   • 由于String对象不可变，其内容存储在字符串常量池中（JDK 7及之前）或堆中（JDK 7之后）。常量池中的字符串对象在程序运行期间一直存在，不会轻易被回收，除非整个类被卸载。
2. 内存回收机制
   • 当不再有引用指向这些新创建的String对象时，它们会在垃圾回收（GC）过程中被回收。然而，由于常量池中的字符串可能被其他地方引用，即使拼接产生的中间字符串不再被使用，也可能无法及时回收。例如，如果有一个静态String变量引用了某个拼接产生的字符串，那么这个字符串对象在整个应用程序生命周期内都不会被回收。

StringBuffer

1. 内存占用
   • StringBuffer是可变类，它内部维护一个字符数组。在进行字符串拼接操作时，它会在原有数组的基础上进行扩展。例如，StringBuffer sb = new StringBuffer("a"); sb.append("b");，它会在已有的字符数组上追加字符'b'，而不是创建新的对象（除非数组容量不足需要扩容）。
   • 初始创建StringBuffer时，会分配一定大小的字符数组（默认16个字符的容量）。如果拼接的字符串长度超过当前容量，会进行扩容操作，新的容量通常是原容量的2倍加2。扩容会涉及到数组的复制，这会有一定的性能开销，但总体上相比String频繁创建新对象，内存占用会少很多。
2. 内存回收机制
   • StringBuffer对象本身在不再被引用时，会被垃圾回收。由于其内部字符数组的内容是可变的，不会像String那样在常量池中留下大量中间对象。只要StringBuffer对象的引用被释放，相关内存就可以被回收。

StringBuilder

1. 内存占用
   • StringBuilder和StringBuffer类似，也是可变类，同样通过维护一个字符数组来进行字符串操作。在进行字符串拼接时，也是在原有数组基础上进行扩展，原理与StringBuffer基本相同。
   • 初始容量和扩容机制也和StringBuffer类似，默认容量为16，容量不足时会进行扩容。它在内存占用方面和StringBuffer表现相近，相比String进行大量字符串拼接时，内存占用显著减少。
2. 内存回收机制
   • 与StringBuffer一样，当StringBuilder对象不再被引用时，会被垃圾回收。其内部字符数组随着对象的回收，相关内存也会被释放，不会像String那样因常量池引用等问题导致内存难以回收。

总结来说，在大量字符串拼接操作中，String会因频繁创建新对象而占用较多内存且回收相对复杂；StringBuffer和StringBuilder通过可变的字符数组减少了对象创建，内存占用相对较少，且回收较为直接，StringBuffer由于线程安全机制会有一些性能开销，StringBuilder则更适合单线程环境下的字符串拼接。