為什麼不建議在for循環中使用"+"進行字元串拼接
- 2019 年 12 月 30 日
- 筆記
摘要: 學習阿里巴巴Java開發手冊。
- 原文:為什麼阿里巴巴不建議在for循環中使用」+」進行字元串拼接
- 微信公眾號:Hollis
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字元串,是Java中最常用的一個數據類型了。關於字元串的知識,作者已經發表過幾篇文章介紹過很多,如:
- Java 7 源碼學習系列(一)——String
- 該如何創建字元串,使用」 「還是構造函數?
- 我終於搞清楚了和String有關的那點事兒
- 三張圖徹底了解Java中字元串的不變性
- 為什麼Java要把字元串設計成不可變的
- 三張圖徹底了解JDK 6和JDK 7中substring的原理及區別
- Java中的Switch對整型、字元型、字元串型的具體實現細節
本文,也是對於Java中字元串相關知識的一個補充,主要來介紹一下字元串拼接相關的知識。本文基於jdk1.8.0_181。
字元串拼接
字元串拼接是我們在Java程式碼中比較經常要做的事情,就是把多個字元串拼接到一起。
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,既然字元串是不可變的,那麼字元串拼接又是怎麼回事呢?
字元串不變性與字元串拼接
其實,所有的所謂字元串拼接,都是重新生成了一個新的字元串。下面一段字元串拼接程式碼:
String s = "abcd"; s = s.concat("ef");
其實最後我們得到的s已經是一個新的字元串了。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,到底如何進行字元串拼接呢?字元串拼接有很多種方式,這裡簡單介紹幾種比較常用的。
使用+拼接字元串
在Java中,拼接字元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+
拼接字元串的功能理解為運算符重載。其實並不是,Java是不支援運算符重載的。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:在電腦程式設計中,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,是由英國電腦科學家彼得·蘭丁發明的一個術語,指電腦語言中添加的某種語法,這種語法對語言的功能沒有影響,但是更方便程式設計師使用。語法糖讓程式更加簡潔,有更高的可讀性。
concat 除了使用+
拼接字元串之外,還可以使用String類中的方法concat方法來拼接字元串。如:
String wechat = "Hollis"; String introduce = "每日更新Java相關技術文章"; String hollis = wechat.concat(",").concat(introduce);
StringBuffer
關於字元串,Java中除了定義了一個可以用來定義字元串常量的String
類以外,還提供了可以用來定義字元串變數的StringBuffer
類,它的對象是可以擴充和修改的。
使用StringBuffer
可以方便的對字元串進行拼接。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中內置的字元串拼接方法,還可以使用一些開源類庫中提供的字元串拼接方法名,如apache.commons中
提供的StringUtils
類,其中的join
方法可以拼接字元串。
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元串,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種拼接字元串的方式,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+
進行字元串拼接呢?

使用+
拼接字元串的實現原理
前面提到過,使用+
拼接字元串,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。
還是這樣一段程式碼。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 = "u6BCFu65E5u66F4u65B0Javau76F8u5173u6280u672Fu6587u7AE0";//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程式碼,我們可以發現,原來字元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+
對字元串的拼接,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方法的源程式碼,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); }
這段程式碼首先創建了一個字元數組,長度是已有字元串和待拼接字元串的長度之和,再把兩個字元串的值複製到新的字元數組中,並使用這個字元數組創建一個新的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元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
類也封裝了一個字元數組,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,字元數組中不一定所有位置都已經被使用,它有一個實例變數,表示數組中已經使用的字元個數,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會直接拷貝字元到內部的字元數組中,如果字元數組長度不夠,會進行擴展。
StringBuffer
和StringBuilder
類似,最大的區別就是StringBuffer
是執行緒安全的,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
的源程式碼,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
既然有這麼多種字元串拼接的方法,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(); //這裡是初始字元串定義 for (int i = 0; i < 50000; i++) { //這裡是字元串拼接程式碼 } long t2 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("cost:" + (t2 - t1));
我們使用形如以上形式的程式碼,分別測試下五種字元串拼接程式碼的運行時間。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更擅長處理字元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+
拼接字元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?
我們再把以下程式碼反編譯下:
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));
反編譯後程式碼如下:
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,反編譯後的程式碼,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,還會造成記憶體資源的浪費。
所以,阿里巴巴Java開發手冊建議:循環體內,字元串的連接方式,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元串拼接,雖然字元串是不可變的,但是還是可以通過新建字元串的方式來進行字元串的拼接。
常用的字元串拼接方式有五種,分別是使用+
、使用concat
、使用StringBuilder
、使用StringBuffer
以及使用StringUtils.join
。
由於字元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元串拼接,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元串和字元串的變化操作的。
但是,還要強調的是:
- 如果不是在循環體中進行字元串拼接的話,直接使用
+
就好了。 - 如果在並發場景中進行字元串拼接的話,要使用
StringBuffer
來代替StringBuilder
。
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