面试题：Java中字符串拼接在内存中的实现原理

Question

请阐述在Java中，使用`+`运算符和`StringBuilder`进行字符串拼接时，内存管理方面有什么不同？分别说明它们在拼接多个字符串场景下的性能表现及原因。

Answer 1

内存管理不同

1. +运算符：
   • 使用+运算符拼接字符串时，每执行一次+操作，都会创建一个新的String对象。因为String类是不可变的，一旦创建，其内容就不能被修改。例如，当执行String s = "a" + "b" + "c";时，实际上会先创建一个包含"ab"的临时String对象，然后再创建一个包含"abc"的最终String对象，中间的临时对象在后续不再使用时会等待垃圾回收。这会导致在内存中产生较多的中间对象，占用额外的内存空间。
2. StringBuilder：
   • StringBuilder类是可变的。当使用StringBuilder进行字符串拼接时，它会在内部维护一个可变的字符数组。例如StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append("a").append("b").append("c");，所有的拼接操作都是在这个字符数组上进行的，只有在调用toString()方法将其转换为String对象时，才会创建一个新的String对象。这大大减少了内存中临时对象的创建，提高了内存使用效率。

性能表现及原因

1. +运算符：
   • 性能表现：在拼接多个字符串场景下，性能较差。
   • 原因：如上述内存管理部分所讲，每次+操作都会创建新的String对象，这不仅增加了内存开销，还涉及频繁的对象创建和垃圾回收操作。随着拼接字符串数量的增多，创建和销毁中间对象的开销会变得非常大，从而导致性能下降。
2. StringBuilder：
   • 性能表现：在拼接多个字符串场景下，性能较好。
   • 原因：由于StringBuilder是通过内部可变数组进行拼接，避免了大量中间String对象的创建。它的append方法只是在数组末尾添加字符，操作相对简单高效。只有在最终需要获取String对象时才调用toString方法创建新的String，所以在拼接大量字符串时性能更优。