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為什麼阿裡巴巴不建議在for迴圈中使用”+”進行字串拼接

來自:Hollis(微信號:hollischuang)

 

字串,是Java中最常用的一個資料型別了。本文,也是對於Java中字串相關知識的一個補充,主要來介紹一下字串拼接相關的知識。本文基於jdk1.8.0_181。

字串拼接

 

字串拼接是我們在Java代碼中比較經常要做的事情,就是把多個字串拼接到一起。

我們都知道,String是Java中一個不可變的類,所以他一旦被實體化就無法被修改。

不可變類的實體一旦創建,其成員變數的值就不能被修改。這樣設計有很多好處,比如可以快取hashcode、使用更加便利以及更加安全等。

但是,既然字串是不可變的,那麼字串拼接又是怎麼回事呢?

字串不變性與字串拼接

其實,所有的所謂字串拼接,都是重新生成了一個新的字串。下麵一段字串拼接代碼:

String s = “abcd”;
s = s.concat(“ef”);


其實最後我們得到的s已經是一個新的字串了。如下圖

s中儲存的是一個重新創建出來的String物件的取用。

那麼,在Java中,到底如何進行字串拼接呢?字串拼接有很多種方式,這裡簡單介紹幾種比較常用的。

使用+拼接字串

在Java中,拼接字串最簡單的方式就是直接使用符號+來拼接。如:

String wechat = “Hollis”;
String introduce = “每日更新Java相關技術文章”;
String hollis = wechat + “,” + introduce;


這裡要特別說明一點,有人把Java中使用+拼接字串的功能理解為運算子多載。其實並不是,Java是不支持運算子多載的。這其實只是Java提供的一個語法糖。後面再詳細介紹。

運算子多載:在計算機程式設計中,運算子多載(英語:operator overloading)是多型的一種。運算子多載,就是對已有的運算子重新進行定義,賦予其另一種功能,以適應不同的資料型別。

語法糖:語法糖(Syntactic sugar),也譯為糖衣語法,是由英國計算機科學家彼得·蘭丁發明的一個術語,指計算機語言中添加的某種語法,這種語法對語言的功能沒有影響,但是更方便程式員使用。語法糖讓程式更加簡潔,有更高的可讀性。

concat
除了使用+拼接字串之外,還可以使用String類中的方法concat方法來拼接字串。如:

String wechat = “Hollis”;
String introduce = “每日更新Java相關技術文章”;
String hollis = wechat.concat(“,”).concat(introduce);


StringBuffer

關於字串,Java中除了定義了一個可以用來定義字串常量String類以外,還提供了可以用來定義字串變數StringBuffer類,它的物件是可以擴充和修改的。

使用StringBuffer可以方便的對字串進行拼接。如:

StringBuffer wechat = new StringBuffer(“Hollis”);
String introduce = “每日更新Java相關技術文章”;
StringBuffer hollis = wechat.append(“,”).append(introduce);


StringBuilder
除了StringBuffer以外,還有一個類StringBuilder也可以使用,其用法和StringBuffer類似。如:

StringBuilder wechat = new StringBuilder(“Hollis”);
String introduce = “每日更新Java相關技術文章”;
StringBuilder hollis = wechat.append(“,”).append(introduce);


StringUtils.join
除了JDK中內置的字串拼接方法,還可以使用一些開源類庫中提供的字串拼接方法名,如apache.commons中提供的StringUtils類,其中的join方法可以拼接字串。

String wechat = “Hollis”;
String introduce = “每日更新Java相關技術文章”;
System.out.println(StringUtils.join(wechat, “,”, introduce));


 

這裡簡單說一下,StringUtils中提供的join方法,最主要的功能是:將陣列或集合以某拼接符拼接到一起形成新的字串,如:

 

String []list  ={“Hollis”,“每日更新Java相關技術文章”};
String result= StringUtils.join(list,“,”);
System.out.println(result);
//結果:Hollis,每日更新Java相關技術文章


並且,Java8中的String類中也提供了一個靜態的join方法,用法和StringUtils.join類似。

以上就是比較常用的五種在Java種拼接字串的方式,那麼到底哪種更好用呢?為什麼阿裡巴巴Java開發手冊中不建議在迴圈體中使用+進行字串拼接呢?

(阿裡巴巴Java開發手冊中關於字串拼接的規約)

接下來我們就來分析一下以上五種方式的底層原理,再來分析到底哪種更好。

使用+拼接字串的實現原理

 

前面提到過,使用+拼接字串,其實只是Java提供的一個語法糖, 那麼,我們就來解一解這個語法糖,看看他的內部原理到底是如何實現的。

還是這樣一段代碼。我們把他生成的位元組碼進行反編譯,看看結果。

String wechat = “Hollis”;
String introduce = “每日更新Java相關技術文章”;
String hollis = wechat + “,” + introduce;


反編譯後的內容如下,反編譯工具為jad。

String wechat = “Hollis”;
String introduce = “每日更新Java相關技術文章”;//每日更新Java相關技術文章
String hollis = (new StringBuilder()).append(wechat).append(“,”).append(introduce).toString();


通過查看反編譯以後的代碼,我們可以發現,原來字串常量在拼接過程中,是將String轉成了StringBuilder後,使用其append方法進行處理的。

那麼也就是說,Java中的+對字串的拼接,其實現原理是使用StringBuilder.append

concat是如何實現的

 

我們再來看一下concat方法的原始碼,看一下這個方法又是如何實現的。

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);
}


這段代碼首先創建了一個字符陣列,長度是已有字串和待拼接字串的長度之和,再把兩個字串的值複製到新的字符陣列中,並使用這個字符陣列創建一個新的String物件並傳回。

通過原始碼我們也可以看到,經過concat方法,其實是new了一個新的String,這也就呼應到前面我們說的字串的不變性問題上了。

StringBuffer和StringBuilder

 

接下來我們看看StringBufferStringBuilder的實現原理。

String類類似,StringBuilder類也封裝了一個字符陣列,定義如下:

char[] value;


String不同的是,它並不是final的,所以他是可以修改的。另外,與String不同,字符陣列中不一定所有位置都已經被使用,它有一個實體變數,表示陣列中已經使用的字符個數,定義如下:

int count;


其append原始碼如下:

public StringBuilder append(String str) {
super.append(str);
return this;
}


該類繼承了AbstractStringBuilder類,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會直接拷貝字符到內部的字符陣列中,如果字符陣列長度不夠,會進行擴展。

StringBufferStringBuilder類似,最大的區別就是StringBuffer是執行緒安全的,看一下StringBufferappend方法。

public synchronized StringBuffer append(String str) {
toStringCache = null;
super.append(str);
return this;
}


該方法使用synchronized進行宣告,說明是一個執行緒安全的方法。而StringBuilder則不是執行緒安全的。

StringUtils.join是如何實現的

 

通過查看StringUtils.join的原始碼,我們可以發現,其實他也是通過StringBuilder來實現的。

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();
}


 

效率比較

 

既然有這麼多種字串拼接的方法,那麼到底哪一種效率最高呢?我們來簡單對比一下。

long t1 = System.currentTimeMillis();
//這裡是初始字串定義
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
//這裡是字串拼接代碼
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println(“cost:” + (t2 – t1));


我們使用形如以上形式的代碼,分別測試下五種字串拼接代碼的運行時間。得到結果如下:

+ cost:5119
StringBuilder cost:3
StringBuffer cost:4
concat cost:3623
StringUtils.join cost:25726


從結果可以看出,用時從短到長的對比是:

StringBuilder < StringBuffer < concat < + < StringUtils.join


StringBufferStringBuilder的基礎上,做了同步處理,所以在耗時上會相對多一些,這個很好理解。

StringUtils.join也是使用了StringBuilder,並且其中還是有很多其他操作,所以耗時較長,這個也容易理解。其實StringUtils.join更擅長處理字串陣列或者串列的拼接。

那麼問題來了,前面我們分析過,其實使用+拼接字串的實現原理也是使用的StringBuilder,那為什麼結果相差這麼多,高達1000多倍呢?

我們再把以下代碼反編譯下:

long t1 = System.currentTimeMillis();
String str = “hollis”;
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
String s = String.valueOf(i);
str += s;
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println(“+ cost:” + (t2 – t1));


反編譯後代碼如下:

long t1 = System.currentTimeMillis();
String str = “hollis”;
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());


我們可以看到,反編譯後的代碼,在for迴圈中,每次都是new了一個StringBuilder,然後再把String轉成StringBuilder,再進行append

而頻繁的新建物件當然要耗費很多時間了,不僅僅會耗費時間,頻繁的創建物件,還會造成記憶體資源的浪費。

所以,阿裡巴巴Java開發手冊建議:迴圈體內,字串的連接方式,使用 StringBuilderappend 方法進行擴展。而不要使用+

總結

 

本文介紹了什麼是字串拼接,雖然字串是不可變的,但是還是可以通過新建字串的方式來進行字串的拼接。

常用的字串拼接方式有五種,分別是使用+、使用concat、使用StringBuilder、使用StringBuffer以及使用StringUtils.join

由於字串拼接過程中會創建新的物件,所以如果要在一個迴圈體中進行字串拼接,就要考慮記憶體問題和效率問題。

因此,經過對比,我們發現,直接使用StringBuilder的方式是效率最高的。因為StringBuilder天生就是設計來定義可變字串和字串的變化操作的。

但是,還要強調的是:

1、如果不是在迴圈體中進行字串拼接的話,直接使用+就好了。

2、如果在併發場景中進行字串拼接的話,要使用StringBuffer來代替StringBuilder


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