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Java中常用的5种字符串拼接效率比较

2019-08-27Java 1166
字符串拼接是我们在Java代码中比较经常要做的事情,就是把多个字符串拼接到一起。我们都知道,String是Java中一个不可变的类,所以他一旦被实例化就无法被修改。但是,既然字符串是不可变的,那么字符串拼接又是怎么回事呢?
字符串不变性与字符串拼接

其实,所有的所谓字符串拼接,都是重新生成了一个新的字符串。下面一段字符串拼接代码:

String s = "abcd";

s = s+"ef";

其实最后我们得到的s已经是一个新的字符串了。如下图

s中保存的是一个重新创建出来的String对象的引用。

那么,在Java中,到底如何进行字符串拼接呢?字符串拼接有很多种方式,这里简单介绍几种比较常用的。

使用+拼接字符串

在Java中,拼接字符串最简单的方式就是直接使用符号+来拼接。如:

String a = "www";

String b = "lan16.com";

String c = a + "." + b;

这里要特别说明一点,有人把Java中使用+拼接字符串的功能理解为运算符重载。其实并不是,Java是不支持运算符重载的。这其实只是Java提供的一个语法糖。

运算符重载:在计算机程序设计中,运算符重载(英语:operator overloading)是多态的一种。运算符重载,就是对已有的运算符重新进行定义,赋予其另一种功能,以适应不同的数据类型。

语法糖:语法糖(Syntactic sugar),也译为糖衣语法,是由英国计算机科学家彼得·兰丁发明的一个术语,指计算机语言中添加的某种语法,这种语法对语言的功能没有影响,但是更方便程序员使用。语法糖让程序更加简洁,有更高的可读性。

concat

除了使用+拼接字符串之外,还可以使用String类中的方法concat方法来拼接字符串。如:

String a = "www";

String b = "lan16.com";

String c = a.concat(".").concat(b);

StringBuffer

关于字符串,Java中除了定义了一个可以用来定义字符串常量的String类以外,还提供了可以用来定义字符串变量的StringBuffer类,它的对象是可以扩充和修改的。使用StringBuffer可以方便的对字符串进行拼接。如:

String a = new StringBuffer(""www");

String b = "lan16.com";

StringBuffer c = a.append(".").append(b);

StringBuilder

除了StringBuffer以外,还有一个类StringBuilder也可以使用,其用法和StringBuffer类似。如:

String a = new StringBuilder(""www");

String b = "lan16.com";

StringBuilder c = a.append(".").append(b);

StringUtils.join

除了JDK中内置的字符串拼接方法,还可以使用一些开源类库中提供的字符串拼接方法名,如apache.commons中提供的StringUtils类,其中的join方法可以拼接字符串。

String []list = {"www","lan16.com"};

String result = StringUtils.join(list,".");

并且,Java8中的String类中也提供了一个静态的join方法,用法和StringUtils.join类似。

以上就是比较常用的五种在Java种拼接字符串的方式

那么到底哪种更好用呢?为什么不建议在循环体中使用+进行字符串拼接呢? 使用+拼接字符串的实现原理

还是这样一段代码。我们把他生成的字节码进行反编译,看看结果。

String a = "www";

String b = "lan16.com";

String c = a + "." + b;

反编译后的内容如下,反编译工具为jad。

String a = "www";

String b = "lan16.com";

String c = (new StringBuilder()).append(a).append(".").append(b).toString();

通过查看反编译以后的代码,我们可以发现,原来字符串常量在拼接过程中,是将String转成了StringBuilder后,使用其append方法进行处理的。那么也就是说,Java中的+对字符串的拼接,其实现原理是使用StringBuilder.append。

concat是如何实现的

我们再来看一下concat方法的源代码,看一下这个方法又是如何实现的。

public String concat(String str){

int otherLen = str.length();

if (otherLen == 0) {

return this;

}

int len = value.length;

char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);

str.getChars(buf, len);

return new String(buf, true);

}

这段代码首先创建了一个字符数组,长度是已有字符串和待拼接字符串的长度之和,再把两个字符串的值复制到新的字符数组中,并使用这个字符数组创建一个新的String对象并返回。通过源码我们也可以看到,经过concat方法,其实是new了一个新的String,这也就呼应到前面我们说的字符串的不变性问题上了。

StringBuffer和StringBuilder

接下来我们看看StringBuffer和StringBuilder的实现原理。和String类类似,StringBuilder类也封装了一个字符数组,定义如下:

char[] value;

与String不同的是,它并不是final的,所以他是可以修改的。另外,与String不同,字符数组中不一定所有位置都已经被使用,它有一个实例变量,表示数组中已经使用的字符个数,定义如下:

int count;

其append源码如下:

public StringBuilder append(String str){

super.append(str);

return this;

}

该类继承了AbstractStringBuilder类,看下其append方法:

public AbstractStringBuilder append(String str){

if (str == null)

return appendNull();

int len = str.length();

ensureCapacityInternal(count + len);

str.getChars(0, len, value, count);

count += len;

return this;

}

append会直接拷贝字符到内部的字符数组中,如果字符数组长度不够,会进行扩展。

StringBuffer和StringBuilder类似,最大的区别就是StringBuffer是线程安全的,看一下StringBuffer的append方法。

public synchronized StringBuffer append(String str){

toStringCache = null;

super.append(str);

return this;

}

该方法使用synchronized进行声明,说明是一个线程安全的方法。而StringBuilder则不是线程安全的。

StringUtils.join是如何实现的

通过查看StringUtils.join的源代码,我们可以发现,其实他也是通过StringBuilder来实现的。

public static String join(final Object[] array, String separator, final int startIndex, final int endIndex){

if (array == null) {

return null;

}

if (separator == null) {

separator = EMPTY;

}

final int noOfItems = endIndex - startIndex;

if (noOfItems <= 0) {

return EMPTY;

}

final StringBuilder buf = new StringBuilder(noOfItems * 16);

for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {

if (i > startIndex) {

buf.append(separator);

}

if (array[i] != null) {

buf.append(array[i]);

}

}

return buf.toString();

}

效率比较

既然有这么多种字符串拼接的方法,那么到底哪一种效率最高呢?我们来简单对比一下。

long t1 = System.currentTimeMillis();

//这里是初始字符串定义

for (int i = 0; i < 50000; i++) {

//这里是字符串拼接代码

}

long t2 = System.currentTimeMillis();

System.out.println("cost:" + (t2 - t1));

我们使用形如以上形式的代码,分别测试下五种字符串拼接代码的运行时间。得到结果如下:

+ cost:5119

StringBuilder cost:3

StringBuffer cost:4

concat cost:3623

StringUtils.join cost:25726

从结果可以看出,用时从短到长的对比是:

StringBuilder < StringBuffer < concat < + < StringUtils.join

StringBuffer在StringBuilder的基础上,做了同步处理,所以在耗时上会相对多一些。

StringUtils.join也是使用了StringBuilder,并且其中还是有很多其他操作,所以耗时较长,这个也容易理解。其实StringUtils.join更擅长处理字符串数组或者列表的拼接。

那么问题来了,前面我们分析过,其实使用+拼接字符串的实现原理也是使用的StringBuilder,那为什么结果相差这么多,高达1000多倍呢?

我们再把以下代码反编译下:

long t1 = System.currentTimeMillis();

String str = "www.lan16.com";

for (int i = 0; i < 50000; i++) {

String s = String.valueOf(i);

str += s;

}

long t2 = System.currentTimeMillis();

System.out.println("+ cost:" + (t2 - t1));

反编译后代码如下:

long t1 = System.currentTimeMillis();

String str = "www.lan16.com";

for(int i = 0; i < 50000; i++)

{

String s = String.valueOf(i);

str = (new StringBuilder()).append(str).append(s).toString();

}

long t2 = System.currentTimeMillis();

System.out.println((new StringBuilder()).append("+ cost:").append(t2 - t1).toString());

我们可以看到,反编译后的代码,在for循环中,每次都是new了一个StringBuilder,然后再把String转成StringBuilder,再进行append。

而频繁的新建对象当然要耗费很多时间了,不仅仅会耗费时间,频繁的创建对象,还会造成内存资源的浪费。

所以建议:循环体内,字符串的连接方式,使用 StringBuilder 的 append 方法进行扩展。而不要使用+。

总结

常用的字符串拼接方式有五种,分别是使用+、使用concat、使用StringBuilder、使用StringBuffer以及使用StringUtils.join。

由于字符串拼接过程中会创建新的对象,所以如果要在一个循环体中进行字符串拼接,就要考虑内存问题和效率问题。

因此,经过对比,我们发现,直接使用StringBuilder的方式是效率最高的。因为StringBuilder天生就是设计来定义可变字符串和字符串的变化操作的。

但是,还要强调的是:

1、如果不是在循环体中进行字符串拼接的话,直接使用+就好了。

2、如果在并发场景中进行字符串拼接的话,要使用StringBuffer来代替StringBuilder。

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