Java 字符串的拼接詳解

2019-11-26 13:54:17

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供稿：網(wǎng)友

工作日忙于項目的邏輯實(shí)現(xiàn)，周六有點(diǎn)時間，從書柜里拿出厚厚的英文版Thinking In Java，讀到了字符串對象的拼接。參考著這本書做個翻譯，加上自己思考的東西，寫上這篇文章記錄一下。

不可變的String對象

在Java中,String對象是不可變的(Immutable)。在代碼中，可以創(chuàng)建多個某一個String對象的別名。但是這些別名都是的引用是相同的。

比如s1和s2都是”droidyue.com”對象的別名，別名保存著到真實(shí)對象的引用。所以s1 = s2

String s1 = "droidyue.com";String s2 = s1;System.out.println("s1 and s2 has the same reference =" + (s1 == s2));

Java中僅有的重載運(yùn)算符

在Java中，唯一被重載的運(yùn)算符就是字符串的拼接相關(guān)的。+,+=。除此之外，Java設(shè)計者不允許重載其他的運(yùn)算符。

拼接剖析

真的有性能代價么

了解了上面兩點(diǎn)，可能會有這樣的思考，既然Sting對象不可變，那么多個（三個及以上）字符串拼接必然產(chǎn)生多余的中間String對象。

String userName = "Andy";String age = "24";String job = "Developer";String info = userName + age + job;

要得到上面的info，就會userName和age拼接生成臨時一個String對象t1,內(nèi)容為Andy24，然后有t1和job拼接生成最終我們需要的info對象，這其中，產(chǎn)生了一個中間的t1，而且t1創(chuàng)建之后，沒有主動回收，勢必會占一定的空間。如果是一個很多(假設(shè)上百個，多見于對對象的toString的調(diào)用)字符串的拼接，那么代價就更大了，性能一下會降低很多。

編譯器的優(yōu)化處理

真的會有上面的性能代價么，字符串拼接這么常用，沒有特殊的處理優(yōu)化么，答案是有的，這個優(yōu)化進(jìn)行在編譯器編譯.java到bytecode時。

一個Java程序如果想運(yùn)行起來，需要經(jīng)過兩個時期，編譯時和運(yùn)行時。在編譯時，Java 編譯器(Compiler)將java文件轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼。在運(yùn)行時，Java虛擬機(jī)（JVM）運(yùn)行編譯時生成的字節(jié)碼。通過這樣兩個時期，Java做到了所謂的一處編譯，處處運(yùn)行。

我們實(shí)驗一下編譯期都做了哪些優(yōu)化，我們制造一段可能會出現(xiàn)性能代價的代碼。

public class Concatenation { public static void main(String[] args) {   String userName = "Andy";   String age = "24";   String job = "Developer";   String info = userName + age + job;   System.out.println(info); }}

對Concatenation.java進(jìn)行編譯一下。得到Concatenation.class

javac Concatenation.java

然后我們使用javap反編譯一下編譯出來的Concatenation.class文件。javap -c Concatenation。如果沒有找到j(luò)avap命令，請考慮將javap所在目錄加入環(huán)境變量或者使用javap的完整路徑。

17:22:04-androidyue~/workspace_adt/strings/src$ javap -c ConcatenationCompiled from "Concatenation.java"public class Concatenation { public Concatenation();  Code:    0: aload_0    1: invokespecial #1         // Method java/lang/Object."<init>":()V    4: return     public static void main(java.lang.String[]);  Code:    0: ldc      #2         // String Andy    2: astore_1    3: ldc      #3         // String 24    5: astore_2    6: ldc      #4         // String Developer    8: astore_3    9: new      #5         // class java/lang/StringBuilder   12: dup   13: invokespecial #6         // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V   16: aload_1   17: invokevirtual #7         // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;   20: aload_2   21: invokevirtual #7         // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;   24: aload_3   25: invokevirtual #7         // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;   28: invokevirtual #8         // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;   31: astore    4   33: getstatic   #9         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;   36: aload     4   38: invokevirtual #10         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V   41: return}

其中，ldc，astore等為java字節(jié)碼的指令，類似匯編指令。后面的注釋使用了Java相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了說明。我們可以看到上面有很多StringBuilder,但是我們在Java代碼里并沒有顯示地調(diào)用，這就是Java編譯器做的優(yōu)化，當(dāng)Java編譯器遇到字符串拼接的時候，會創(chuàng)建一個StringBuilder對象，后面的拼接，實(shí)際上是調(diào)用StringBuilder對象的append方法。這樣就不會有我們上面擔(dān)心的問題了。

僅靠編譯器優(yōu)化？

既然編譯器幫我們做了優(yōu)化，是不是僅僅依靠編譯器的優(yōu)化就夠了呢，當(dāng)然不是。
下面我們看一段未優(yōu)化性能較低的代碼

public void implicitUseStringBuilder(String[] values) { String result = ""; for (int i = 0 ; i < values.length; i ++) {   result += values[i]; } System.out.println(result);}

使用javac編譯，使用javap查看

public void implicitUseStringBuilder(java.lang.String[]);  Code:    0: ldc      #11         // String     2: astore_2    3: iconst_0    4: istore_3    5: iload_3    6: aload_1    7: arraylength    8: if_icmpge   38   11: new      #5         // class java/lang/StringBuilder   14: dup   15: invokespecial #6         // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V   18: aload_2   19: invokevirtual #7         // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;   22: aload_1   23: iload_3   24: aaload   25: invokevirtual #7         // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;   28: invokevirtual #8         // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;   31: astore_2   32: iinc     3, 1   35: goto     5   38: getstatic   #9         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;   41: aload_2   42: invokevirtual #10         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V   45: return

其中8: if_icmpge 38 和35: goto 5構(gòu)成了一個循環(huán)。8: if_icmpge 38的意思是如果JVM操作數(shù)棧的整數(shù)對比大于等于（i < values.length的相反結(jié)果）成立，則跳到第38行（System.out）。35: goto 5則表示直接跳到第5行。

但是這里面有一個很重要的就是StringBuilder對象創(chuàng)建發(fā)生在循環(huán)之間，也就是意味著有多少次循環(huán)會創(chuàng)建多少個StringBuilder對象，這樣明顯不好。赤裸裸地低水平代碼啊。

稍微優(yōu)化一下，瞬間提升逼格。

public void explicitUseStringBuider(String[] values) { StringBuilder result = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < values.length; i ++) {   result.append(values[i]); }}

對應(yīng)的編譯后的信息

public void explicitUseStringBuider(java.lang.String[]);  Code:    0: new      #5         // class java/lang/StringBuilder    3: dup    4: invokespecial #6         // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V    7: astore_2    8: iconst_0    9: istore_3   10: iload_3   11: aload_1   12: arraylength   13: if_icmpge   30   16: aload_2   17: aload_1   18: iload_3   19: aaload   20: invokevirtual #7         // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;   23: pop   24: iinc     3, 1   27: goto     10   30: return

從上面可以看出，13: if_icmpge 30和27: goto 10構(gòu)成了一個loop循環(huán)，而0: new #5位于循環(huán)之外，所以不會多次創(chuàng)建StringBuilder.

總的來說，我們在循環(huán)體中需要盡量避免隱式或者顯式創(chuàng)建StringBuilder. 所以那些了解代碼如何編譯，內(nèi)部如何執(zhí)行的人，寫的代碼檔次都比較高。

以上文章，如有錯誤，請批評指正。

以上就對Java 字符串的拼接的資料整理，后續(xù)繼續(xù)補(bǔ)充相關(guān)資料，謝謝大家對本站的支持！

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