【java编程】String拼接效率探究

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字符串，是Java中最常用的一个数据类型了。本文，也是对于Java中字符串相关知识的一个补充，主要来介绍一下字符串拼接相关的知识。本文基于jdk1.8.0_181。

 字符串拼接

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。

不可变类的实例一旦创建，其成员变量的值就不能被修改。这样设计有很多好处，比如可以缓存hashcode、使用更加便利以及更加安全等。

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.concat("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 wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat + "," + introduce;

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。后面再详细介绍。

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 wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat.concat(",").concat(introduce);

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：

StringBuffer wechat = new StringBuffer("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuffer hollis = wechat.append(",").append(introduce);

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：

StringBuilder wechat = new StringBuilder("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuilder hollis = wechat.append(",").append(introduce);

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 wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
System.out.println(StringUtils.join(wechat, ",", introduce));

这里简单说一下，StringUtils中提供的join方法，最主要的功能是：将数组或集合以某拼接符拼接到一起形成新的字符串，如：

String []list ={"Hollis","每日更新Java相关技术文章"};
String result= StringUtils.join(list,",");
System.out.println(result);
//结果：Hollis,每日更新Java相关技术文章

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？为什么阿里巴巴Java开发手册中不建议在循环体中使用+进行字符串拼接呢？

(阿里巴巴Java开发手册中关于字符串拼接的规约)

接下来我们就来分析一下以上五种方式的底层原理，再来分析到底哪种更好。

 使用+拼接字符串的实现原理

前面提到过，使用+拼接字符串，其实只是Java提供的一个语法糖， 那么，我们就来解一解这个语法糖，看看他的内部原理到底是如何实现的。

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 wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat + "," + introduce;

反编译后的内容如下，反编译工具为jad。

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";//每日更新Java相关技术文章
String hollis = (new StringBuilder()).append(wechat).append(",").append(introduce).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 double[] array, final char separator, final int startIndex, final int endIndex) {
if (array == null) {
return null;
}
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);
}
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 &lt; 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，这个很好理解。

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 = "hollis";
for (int i = 0; i &lt; 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 = "hollis";
for(int i = 0; i &lt; 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，阿里巴巴Java开发手册建议：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

本文介绍了什么是字符串拼接，虽然字符串是不可变的，但是还是可以通过新建字符串的方式来进行字符串的拼接。

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。