從記憶體方面解釋Java中String與StringBuilder的效能差異_java

以前經常在網上看到關於Java字串拼接等方面的討論。看到有些Java開發人員在給新手程式員的建議中類似如下寫道：

不要使用+號拼接字串，要使用StringBuffer或StringBuilder的append()方法來拼接字串。
不過，用+號拼接字串就真的那麼令人討厭，難道使用+號拼接字串就沒有一點可取之處嗎？

通過查閱Java API文檔中關於String類的部分內容，我們可以看到如下片段：
“Java 語言提供對字串串聯符號（"+"）以及將其他對象轉換為字串的特殊支援。字串串聯是通過 StringBuilder（或 StringBuffer）類及其 append 方法實現的。字串轉換是通過 toString 方法實現的，該方法由 Object 類定義，並可被 Java中的所有類繼承。”

這段話很明確地告訴我們，在Java中使用+號拼接字串，實際上使用的就是StringBuffer或StringBuilder及其append方法來實現的。

除了Java API文檔，我們還可以使用工具查看class類檔案的位元組碼命令來得到上述答案。 例如代碼：

public static void main(String[] args) {  String a = "Hello";  String b = " world";  String str = a + b + " !";  System.out.println(str);}

通過工具查看到其對應的位元組碼命令如下：

從位元組碼命令中，我們可以清楚地看到，我們編寫的如下代碼

String str = a + b + " !";

被編譯器轉換成了類似如下語句：

String str = new StringBuilder(String.valueOf(a)).append(b).append(" !").toString();

不僅如此，Java的編譯器也是一個比較聰明的編譯器，當+號拼接的全部是字串字面量時，Java的編譯器將會在編譯時間智能地將其轉換為一個完整的字串。例如：

public static void main(String[] args) {  String str = "Hello" + " world" + ", Java!";  System.out.println(str);}

Java編譯器直接將這種全是字面量的字串拼接，在編譯時間就轉換為了一個完整的字串。

就算+號拼接的字串中存在變數，Java編譯器也會將最前面的字串字面量合并為一個字串。

public static void main(String[] args) {  String java = ", Java!";  String str = "Hello" + " world" + java;  System.out.println(str);}

從上述可知，對於類似String str = str1 + str2 + str3 + str4，這種將多個字串一次性拼接的操作，使用+號來進行拼接是完全沒有問題的。

在Java中,String對象是不可變的(Immutable)。在代碼中，可以建立多個某一個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，別名儲存著到真實對象的引用。所以s1 = s2

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

並且在Java中，唯一被重載的運算子就是字串的拼接相關的。+,+=。除此之外，Java設計者不允許重載其他的運算子。

在Java中，唯一被重載的運算子就是字串的拼接相關的。+,+=。除此之外，Java設計者不允許重載其他的運算子。

眾所周知，在Java 1.4版本之前，字串拼接可以使用StringBuffer，從Java 1.5開始，我們可以使用StringBuilder來拼接字串。StringBuffer和StringBuilder的主要區別在於：StringBuffer是安全執行緒的，適用於多線程操作字串；StringBuilder是線程不安全的，適合單線程下操作字串。不過，我們的大多數字串拼接操作都是在單線程下進行的，因此使用StringBuilder有利於提高效能。

在Java 1.4之前，編譯器使用StringBuffer來處理+號拼接的字串；從Java 1.5開始，編譯器大多數情況下都使用StringBuilder來處理+號拼接的字串。

當我們在JDK 1.4的環境下編寫代碼時，對於上述這種一次性拼接多個字串的情況，建議最好使用+號來處理。這樣，當JDK 升級到1.5及以上版本時，編譯器將會自動將其轉換為StringBuilder來拼接字串，從而提高字串拼接效率。

當然，推薦使用+號拼接字串也僅限於在一條語句中拼接多個字串時使用。如果分散在多條語句中拼接一個字串，仍然建議使用StringBuffer或StringBuilder。 例如：

public static void main(String[] args) {  String java = ", Java!";  String str = "";  str += "Hello";  str += " world";  str += java;  System.out.println(str);}

編譯器編譯後的位元組命令如下：

從上面的圖片中我們可以知道，每一條+號拼接語句，都建立了一個新的StringBuilder對象。這種情況在迴圈條件下表現得尤其明顯，造成了相對較大的效能損耗。因此，在多條語句中拼接字串，強烈建議使用StringBuffer或StringBuilder來處理。

關於使用StringBuilder帶來的最佳化

此外，在使用StringBuffer或StringBuilder的時候，我們還可以使用如下方式，進一步提高效能(下面代碼以StringBuilder為例，StringBuffer與此類似)。

1.預測最終獲得的字串的最大長度。

StringBuilder內部char數組的預設長度為16，當我們append追加字串後超過此長度時，StringBuilder會擴大內部的數組容量以滿足需要。在這個過程中，StringBuilder會建立一個新的較大容量的char數組，並將原數組中的資料複製到新數組中。如果我們能夠大致預測到最終拼接得到的字串的最大長度，就可以在建立StringBuilder對象時指定合適大小的初始容量。例如，我們需要拼接獲得含有100個字母a的字串。即可編寫如下代碼:

StringBuilder sb = new StringBuilder(100);for (int i = 0; i < 100; i++) {  sb.append('a');}System.out.println(sb);

請根據實際情況進行平衡，以建立適合初始容量的StringBuilder。

2.對於單個字元，儘可能地使用char類型，而不是String類型。

有些時候，我們需要在字串後追加單個字元(例如：a)，此時應儘可能地使用

sb.append('a');

而不是使用：

sb.append("a");