作者 | Hollis
字符串,是Java中最常用的一個數據類型了。關於字符串的知識,作者已經發表過幾篇文章介紹過很多,如:
三張圖徹底瞭解JDK 6和JDK 7中substring的原理及區別
Java中的Switch對整型、字符型、字符串型的具體實現細節
本文,也是對於Java中字符串相關知識的一個補充,主要來介紹一下字符串拼接相關的知識。本文基於jdk1.8.0_181。
字符串拼接
字符串拼接是我們在Java代碼中比較經常要做的事情,就是把多個字符串拼接到一起。
我們都知道,String是Java中一個不可變的類,所以他一旦被實例化就無法被修改。
不可變類的實例一旦創建,其成員變量的值就不能被修改。這樣設計有很多好處,比如可以緩存hashcode、使用更加便利以及更加安全等。
但是,既然字符串是不可變的,那麼字符串拼接又是怎麼回事呢?
字符串不變性與字符串拼接
其實,所有的所謂字符串拼接,都是重新生成了一個新的字符串。下面一段字符串拼接代碼:
String s = "abcd";
s = s.concat("ef");
其實最後我們得到的s已經是一個新的字符串了。如下圖
s中保存的是一個重新創建出來的String對象的引用。
那麼,在Java中,到底如何進行字符串拼接呢?字符串拼接有很多種方式,這裡簡單介紹幾種比較常用的。
使用+拼接字符串
在Java中,拼接字符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+拼接字符串的功能理解為運算符重載。其實並不是,Java是不支持運算符重載的。這其實只是Java提供的一個語法糖。後面再詳細介紹。
運算符重載:在計算機程序設計中,運算符重載(英語:operator overloading)是多態的一種。運算符重載,就是對已有的運算符重新進行定義,賦予其另一種功能,以適應不同的數據類型。
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,但是更方便程序員使用。語法糖讓程序更加簡潔,有更高的可讀性。
concat
除了使用+
拼接字符串之外,還可以使用String類中的方法concat方法來拼接字符串。如:
String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相關技術文章";
String hollis = wechat.concat(",").concat(introduce);
StringBuffer
關於字符串,Java中除了定義了一個可以用來定義字符串常量的String
類以外,還提供了可以用來定義字符串變量的StringBuffer
類,它的對象是可以擴充和修改的。
使用StringBuffer
可以方便的對字符串進行拼接。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中內置的字符串拼接方法,還可以使用一些開源類庫中提供的字符串拼接方法名,如apache.commons
中提供的StringUtils
類,其中的join
方法可以拼接字符串。
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:將數組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種拼接字符串的方式,那麼到底哪種更好用呢?為什麼阿里巴巴Java開發手冊中不建議在循環體中使用+進行字符串拼接呢?
(阿里巴巴Java開發手冊中關於字符串拼接的規約)
使用+拼接字符串的實現原理
前面提到過,使用+
拼接字符串,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。我們把他生成的字節碼進行反編譯,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 = "\u6BCF\u65E5\u66F4\u65B0Java\u76F8\u5173\u6280\u672F\u6587\u7AE0";//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,原來字符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+
對字符串的拼接,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方法的源代碼,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數組,長度是已有字符串和待拼接字符串的長度之和,再把兩個字符串的值複製到新的字符數組中,並使用這個字符數組創建一個新的String對象並返回。
通過源碼我們也可以看到,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符串的不變性問題上了。
StringBuffer和StringBuilder
接下來我們看看StringBuffer
和StringBuilder
的實現原理。
和String
類類似,StringBuilder
類也封裝了一個字符數組,定義如下:
char[] value;
與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,字符數組中不一定所有位置都已經被使用,它有一個實例變量,表示數組中已經使用的字符個數,定義如下:
int count;
其append源碼如下:
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數組中,如果字符數組長度不夠,會進行擴展。
StringBuffer
和StringBuilder
類似,最大的區別就是StringBuffer
是線程安全的,看一下StringBuffer
的append
方法。
public synchronized StringBuffer append(String str) {
toStringCache = null;
super.append(str);
return this;
}
該方法使用synchronized
進行聲明,說明是一個線程安全的方法。而StringBuilder
則不是線程安全的。
StringUtils.join是如何實現的
通過查看StringUtils.join
的源代碼,我們可以發現,其實他也是通過StringBuilder
來實現的。
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;
}
// endIndex - startIndex > 0: Len = NofStrings *(len(firstString) + len(separator))
// (Assuming that all Strings are roughly equally long)
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();
}
效率比較
既然有這麼多種字符串拼接的方法,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();
//這裡是初始字符串定義
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
//這裡是字符串拼接代碼
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("cost:" + (t2 - t1));
我們使用形如以上形式的代碼,分別測試下五種字符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
StringBuffer
在StringBuilder
的基礎上,做了同步處理,所以在耗時上會相對多一些。
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
更擅長處理字符串數組或者列表的拼接。
那麼問題來了,前面我們分析過,其實使用+
拼接字符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
循環中,每次都是new
了一個StringBuilder
,然後再把String
轉成StringBuilder
,再進行append
。
而頻繁的新建對象當然要耗費很多時間了,不僅僅會耗費時間,頻繁的創建對象,還會造成內存資源的浪費。
所以,阿里巴巴Java開發手冊建議:循環體內,字符串的連接方式,使用 StringBuilder
的 append
方法進行擴展。而不要使用+
。
總結
本文介紹了什麼是字符串拼接,雖然字符串是不可變的,但是還是可以通過新建字符串的方式來進行字符串的拼接。
常用的字符串拼接方式有五種,分別是使用+
、使用concat
、使用StringBuilder
、使用StringBuffer
以及使用StringUtils.join
。
由於字符串拼接過程中會創建新的對象,所以如果要在一個循環體中進行字符串拼接,就要考慮內存問題和效率問題。
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符串和字符串的變化操作的。
但是,還要強調的是:
1、如果不是在循環體中進行字符串拼接的話,直接使用+
就好了。
2、如果在併發場景中進行字符串拼接的話,要使用StringBuffer
來代替StringBuilder
。
來源 | HollisChuang's Blog