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为什么阿里巴巴不建议在for循环中使用”+”进行字符串拼接?

技术杂谈 勤劳的小蚂蚁 3个月前 (01-25) 74次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

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。
一、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?
1、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:
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。
2、使用+拼接字符串
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:
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。
3、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:
4、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:
5、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:
6、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。
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:
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。
二、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。
反编译后的内容如下,反编译工具为jad。
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。
三、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。
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。
四、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:
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:
其append源码如下:
该类继承了AbstractStringBuilder类,看下其append方法:
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。
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。
五、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。
六、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。
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:
从结果可以看出,用时从短到长的对比是:
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:
反编译后代码如下:
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+。
七、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。

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