Java : StringBuilderとStringBufferの違い

StringBuilder はスレッドセーフではないけれどパフォーマンスがよく、StringBuffer はスレッドセーフだけど少しパフォーマンスが悪いです。
本記事では、それぞれのクラスの特徴やおすすめの使い分けなど、コード例をまじえて解説していきます。

それぞれの特徴

このクラスは、StringBufferと互換性があるAPIを提供しますが、同期化は保証されません。このクラスは、文字列バッファが単一のスレッド(一般的なケース)により使用されていた場合のStringBufferの簡単な代替として使用されるよう設計されています。このクラスは、ほとんどの実装で高速に実行されるので、可能な場合は、StringBufferよりも優先して使用することをお薦めします。

StringBuilder の公式API仕様からの引用です。
単一のスレッドから使う場合(一般的なケース)は、StringBuilder を優先して使うことをおすすめしていますね。

簡単に表にまとめると次のようになります。

クラス	スレッドセーフ	パフォーマンス
StringBuilder	×	○
StringBuffer	○	△

スレッドセーフについて

StringBuffer はスレッドセーフで、StringBuilder はスレッドセーフではありません。
具体例を見てみましょう。

StringBuffer

まずは StringBuffer の例です。

final var buffer = new StringBuffer("0123456789");
try (final var executor = Executors.newFixedThreadPool(20)) {
    for (int i = 0; i < 101; i++) {
        executor.submit(() -> {
            // 20個のスレッドから合計101回実行されます。
            buffer.reverse();
        });
    }
}

// 101回反転するので、結果として降順となります。
System.out.println(buffer); // "9876543210"

StringBuffer を "0123456789" で作成し、20個のスレッドから reverseメソッドを合計101回呼び出します。

reverseメソッドは文字列を逆順に並び変えるメソッドです。
呼び出すたびに、

"0123456789" → "9876543210" → "0123456789" → "9876543210" → ...

と変化します。
reverse を101回呼び出すと、最終的には降順の "9876543210" になると予想できます。

System.out.println(buffer); // "9876543210"

期待したとおりの結果となりました。

StringBuilder

次は StringBuilder のコード例です。
StringBuffer のところを StringBuilder に置き換えただけのものです。

final var builder = new StringBuilder("0123456789");
try (final var executor = Executors.newFixedThreadPool(20)) {
    for (int i = 0; i < 101; i++) {
        executor.submit(() -> {
            builder.reverse();
        });
    }
}

// 意図しない結果になります。(毎回結果が異なります)
System.out.println(builder); // "0823456710"

StringBuffer と違い順番がばらばらになりました。
ある意味、予想した結果です。

スレッドの１つが reverse で文字列を並べ替えている途中で、別のスレッドが reverse を呼び出し、その並べ替え中の文字列をさらに並べ替えようとして…という感じでしょうか。

このように、StringBuilder は複数のスレッドから同時に呼び出されると、予期しない結果となります。

補足

StringBuffer はスレッドセーフですが、その範囲は１つのメソッドを呼び出している間です。
例えば次のような複数のメソッド呼び出しの同一性はありません。

final var buffer = new StringBuffer();
try (final var executor = Executors.newFixedThreadPool(20)) {
    for (int i = 0; i < 101; i++) {
        executor.submit(() -> {
            buffer.append("abc").append("xyz\n");
        });
    }
}

System.out.println(buffer);

この例では、appendメソッドを2回使って、"abcxyz\n"という文字列を追記していきます。

buffer.append("abc").append("xyz\n");

出力される結果は…

System.out.println(buffer);

abcxyz
abcxyz
abcabcxyz
xyz
abcxyz
abcxyz
abcxyz
abcxyz
abcabcxyz
xyz
abcxyz
abcxyz
abcxyz
... 省略 ...

となり、ところどころ衝突しているところがあります。

このように、StringBuffer はメソッド単位の同期が行われます。
その点はご注意ください。

パフォーマンス

パフォーマンスはどれくらい違うのか、実際に計測してみました。
append を 100万回呼び出してみます。

StringBuilder のコード例

final var sb = new StringBuilder();
final var start = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    sb.append(i);
}
final var end = System.nanoTime();

System.out.println((end - start) / 1000000000.0 + " sec."); // 0.2959844 sec.

StringBuffer のコード例

final var sb = new StringBuffer();
final var start = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    sb.append(i);
}
final var end = System.nanoTime();

System.out.println((end - start) / 1000000000.0 + " sec."); // 0.3964447 sec.

StringBuilder で約0.29秒、StringBuffer で約0.39秒でした。
(実行環境によっても変わります)

確かに StringBuilder のほうが速いですが、そこまで大きな違いはないようです。
とはいえ、StringBuilder で問題ないときは StringBuilder を使うことをおすすめします。(コードの可読性のためにも)

補足

パフォーマンスにそこまで差がないのであれば、安全な StringBuffer を常に使った方がよいのでは？と思われるかたもいるかもしれません。
ただ、それはあまりおすすめしません。
単一スレッドからしか使われない場面で StringBuffer を使うと、自分以外の人がコードを読んだときに、これは複数のスレッドからアクセスされる可能性があるのでは？と誤解をあたえます。(つまりコードの可読性が悪くなります)

まとめ

基本的にはパフォーマンスのよい StringBuilder を使いましょう。
複数スレッドから更新することを意図して設計しているときのみ StringBuffer を使いましょう。

API 使用例