String的'+'的性能及原理

青旅半醒 2022-08-13 04:28 109阅读 0赞

逛了几个论坛。不少人在讨论String的“+”，StringBuilder与StringBuffer等一系列的问题，先不多说了了

现分类详述：

1、String的‘+’，底层执行，及效率问题

2、StringBilder与StringBuffer的比较

本篇博文先介绍第一个问题

为了让大家看明白，

我们举例说明吧！

为了加深理解，我们可以来做几个小实验。  
  
javac Test         编译文件  
javap -c Test   查看虚拟机指令  
  
实验一：纯字符串

public class Test {
        public static void main(String args[]) {
            String str = "a";
        }
    }

// 将字符串 a 存入常数池  
   0:   ldc     \#2; //String a  
    // 将引用存放到 1 号局部变量中  
   2:   astore\_1  
   3:   return

实验二：纯字符串相加

public class Test {
        public static void main(String args[]) {
            String str = "a" + "b";
        }
    }

// 将字符串 ab 压入常数池  
   0:   ldc     \#2; //String ab  
   2:   astore\_1  
   3:   return  
  
实验二可以很明显地看出，编译器在编译时产生的字节码已经将 "a" + "b" 优化成了 "ab"，  
同理多个字符串的相加也会被优化处理， 需要注意的是字符串常量相加 。  
  
实验三：字符串与自动提升常量相加

public class Test {
        public static void main(String args[]) {
            String str = "a" + (1 + 2);
        }
    }

// 将字符串 a3 压入常数池  
   0:   ldc     \#2; //String a3  
   2:   astore\_1  
   3:   return  
  
通过虚拟机指令可以看出，1 + 2 自动提升后的常量与字符串常量，虚拟机也会对其进行优化。  
  
实验二、实验三结论：常量间的相加并不会引起效率问题  
  
实验四：字符串与变量相加

public class Test {
        public static void main(String args[]) {
            String s = "b";
            String str = "a" + s;
        }
    }

// 将字符串 b 压入常数池  
   0:   ldc     \#2; //String b  
    // 将引用存放到 1 号局部变量中  
   2:   astore\_1  
    // 检查到非常量的相加，这时创建 StringBuilder 对象  
   3:   new     \#3; //class java/lang/StringBuilder  
    // 从栈中复制出数据，即把字符串 b 复制出来  
   6:   dup  
    // 调用 StringBuilder 的初始构造  
   7:   invokespecial   \#4; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V  
    // 将字符串 a 压入常数池  
   10:  ldc     \#5; //String a  
    // 调用 StringBuilder 的 append 方法，把字符串 a 添加进去  
   12:  invokevirtual   \#6; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;  
    // 从 1 号局部变量中加载数据引用  
   15:  aload\_1  
    // 调用 StringBuilder 的 append 方法，把字符串 b 添加进去  
   16:  invokevirtual   \#6; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;  
    // 调用 StringBuilder 的 toString 方法  
   19:  invokevirtual   \#7; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;  
    // 将 toString 的结果保存至 2 号局部变量  
   22:  astore\_2  
   23:  return  
  
实验四可以看出，非常量字会串相加时，由于相加的变量中存放的是字符串的地址引用，  
因为在编译时无法确切地知道其他具体的值，也就没有办法对其进行优化处理，这时为了  
达到连接的效果，其内部采用了 StringBuilder 的机制进行处理（JDK 5 中新增的，我  
这里没有 JDK 1.4，估计在 JDK 1.4 下采用的是 StringBuffer），将他们都 append  
进去，最后用 toString 输出。  
  
若 s 为其他类型时，比如：int 类型，也是采用同种方式进行处理。  
  
同理，根据实验二的结果，在 String str = "a" + "b" + s; 时，先会优化成 "ab" 再与  
s 根据实验四的方式进行处理，这时 StringBuilder 仅调用了两次 append 方法。  
  
如果是 String str = "a" + s + "b"; 这种形式的就没办法优化了，StringBuilder 得调  
用三次 append 方法。  
  
实验四的结论表明，字符串与变量相加时在内部产生了 StringBuilder 对象并采取了一定  
的操作。  
  
如果只有一句 String str = "a" + s; 这样子的，其效率与  
String str = new StringBuilder().append("a").append(s).toString();  
是一样的。  
  
一般所说的 String 采用连接运算符（+）效率低下主要产生在以下的情况中：

public class Test {
        public static void main(String args[]) {
            String s = null;
            for(int i = 0; i < 100; i++) {
                s += "a";
            }
        }
    }

每做一次 + 就产生个 StringBuilder 对象，然后 append 后就扔掉。下次循环再到达时重  
新产生个 StringBuilder 对象，然后 append 字符串，如此循环直至结束。  
  
如果我们直接采用 StringBuilder 对象进行 append 的话，我们可以节省 N - 1 次创建和  
销毁对象的时间。