StringBuider 在什麼條件下、如何使用效率更高？

2020 年 6 月 30 日
筆記
JavaSE基礎

聲明：本文首發於部落格園，作者：後青春期的Keats；地址：//www.cnblogs.com/keatsCoder/ 轉載請註明，謝謝！

引言

都說 StringBuilder 在處理字元串拼接上效率要強於 String，但有時候我們的理解可能會存在一定的偏差。最近我在測試數據導入效率的時候就發現我以前對 StringBuilder 的部分理解是錯誤的。後來我通過實踐測試 + 找原理的方式搞清楚了這塊的邏輯。現在將過程分享給大家

測試用例

我們的程式碼在循環中拼接字元串一般有兩種情況

第一種就是每次循環將對象中的幾個欄位拼接成一個新欄位，再賦值給對象
第二種操作是在循環外創建一個字元串對象，每次循環向該字元串拼接新的內容。循環結束後得到拼接好的字元串

對於這兩種情況，我創建了兩個對照組

第一組：

在每次 For 循環中拼接字元串，即拼即用、用完即毀。分別使用 String 和 StringBuilder 拼接

    /**
     * 循環內 String 拼接字元串，一次循環後銷毀
     */
    public static void useString(){
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            String str = str1 + i + str2 + i + str3 + i + str4 ;
        }
    }

    /**
     * 循環內 使用 StringBuilder 拼接字元串，一次循環後銷毀
     */
    public static void useStringBuilder(){
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            String s = sb.append(str1).append(i).append(str2).append(i).append(str3).append(i).append(str4).toString();
        }
    }

第二組：

多次 For 循環拼接一個字元串，循環結束後使用字元串，使用後由垃圾回收器回收。也是分別使用 String 和 StringBuilder 拼接

    /**
     * 多次循環拼接成一個字元串 用 String
     */
    public static void useStringSpliceOneStr (){
        String str = "";
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_LOWER; i++) {
            str += str1 + str2 + str3 + str4 + i;
        }
    }

    /**
     * 多次循環拼接成一個字元串 用 StringBuilder
     */
    public static void useStringBuilderSpliceOneStr(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_LOWER; i++) {
            sb.append(str1).append(str2).append(str3).append(str4).append(i);
        }
    }

為了保證測試品質，在每個測試項目進行前。執行緒休息 2s，之後空跑 5 次熱身。最後執行 5 次求平均時間的方式計算時間

    public static int executeSometime(int kind, int num) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(2000);
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < num + 5; i++) {
            long begin = System.currentTimeMillis();

            switch (kind){
                case 1:
                    useString();
                    break;
                case 2:
                    useStringBuilder();
                    break;
                case 3:
                    useStringSpliceOneStr();
                    break;
                case 4:
                    useStringBuilderSpliceOneStr();
                    break;
                default:
                    return 0;
            }

            long end = System.currentTimeMillis();

            if(i > 5){
                sum += (end - begin);
            }
        }
        return sum / num;
    }

主方法

public class StringTest {
    public static final int CYCLE_NUM_BIGGER = 10_000_000;
    public static final int CYCLE_NUM_LOWER = 10_000;
    public static final String str1 = "張三";
    public static final String str2 = "李四";
    public static final String str3 = "王五";
    public static final String str4 = "趙六";


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int time = 0;
        int num = 5;

        time = executeSometime(1, num);
        System.out.println("String拼接 "+ CYCLE_NUM_BIGGER +" 次，" + num + "次平均時間：" + time + " ms");

        time = executeSometime(2, num);
        System.out.println("StringBuilder拼接 "+ CYCLE_NUM_BIGGER +" 次，" + num + "次平均時間：" + time + " ms");

        time = executeSometime(3, num);
        System.out.println("String拼接單個字元串 "+ CYCLE_NUM_LOWER +" 次，" + num + "次平均時間：" + time + " ms");

        time = executeSometime(4, num);
        System.out.println("StringBuilder拼接單個字元串 "+ CYCLE_NUM_LOWER +" 次，" + num + "次平均時間：" + time + " ms");

    }
}

測試結果

測試結果如下

結果分析

第一組

10_000_000 次循環拼接，在循環內使用 String 和 StringBuilder 的效率是一樣的！為什麼呢？

使用 javap -c StringTest.class 反編譯查看兩個方法編譯後的文件：

可以發現 String 方法拼接字元串編譯器優化後使用的就是 StringBuilder、因此用例1 和用例2 的效率是一樣的。

第二組

第二組的結果就是大家喜聞樂見的了，由於 10_000_000 次循環String 拼接實在太慢所以我採用了 10_000 次拼接來分析。

分析用例3：雖然編譯器會對 String 拼接做優化，但是它每次在循環內創建 StringBuilder 對象，在循環內銷毀。下次循環他有創建。相比較用例4在循環外創建，多了 n 次 new 對象、銷毀對象的操作、n – 1 次將 StringBuilder 轉換成 String 的操作。效率低也是理所應當了。

擴展

第一組的測試還有一種寫法：

    /**
     * 循環內 使用 StringBuilder 拼接字元串，一次循環後銷毀
     */
    public static void useStringBuilderOut(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
//            sb.setLength(0);
            sb.delete(0, sb.length());
            String s = sb.append(str1).append(i).append(str2).append(i).append(str3).append(i).append(str4).toString();
        }
    }

循環外創建 StringBuilder 每次循環開始的時候清空 StringBuilder 的內容然後拼接。這種寫法無論使用 sb.setLength(0); 還是 sb.delete(0, sb.length()); 效率都比直接在循環內使用 String / StringBuilder 慢。奈何才疏學淺我一直想不明白為什麼他慢。我猜測是 new 對象的速度比重置長度慢，於是這樣測試了以下：

    public static void createStringBuider() {
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
        }
    }

    public static void cleanStringBuider() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            sb.delete(0, sb.length());
        }
    }

但是結果是 cleanStringBuider 更快。讓我摸不著頭腦

如果有大神看到希望可以幫忙分析分析

結論

編譯器會將 String 拼接優化成使用 StringBuilder，但是還是有一些缺陷的。主要體現在循環內使用字元串拼接，編譯器不會創建單個 StringBuilder 以復用
對於多次循環內拼接一個字元串的需求：StringBuilder 很快，因為其避免了 n 次 new 對象、銷毀對象的操作，n – 1 次將 StringBuilder 轉換成 String 的操作
StringBuilder 拼接不適用於循環內每次拼接即用的操作方式。因為編譯器優化後的 String 拼接也是使用 StringBuilder 兩者的效率一樣。後者寫起來還方便…

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