5种字符串拼接方式的效率比拼

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2024-03-27 18:21 13阅读 0赞

字符串拼接一般使用“+”，但是“+”不能满足大批量数据的处理，Java中有以下五种方法处理字符串拼接，各有优缺点，程序开发应选择合适的方法实现。

1.  加号 “+”
2.  String contact() 方法
3.  StringUtils.join() 方法
4.  StringBuffer append() 方法
5.  StringBuilder append() 方法

经过简单的程序测试，从执行100次到90万次的时间开销如下表：

![图片][178402792b3effe173145433c42978d4.png]

由此可以看出：

1.  方法1 加号 “+” 拼接 和 方法2 String contact() 方法 适用于小数据量的操作，代码简洁方便，加号“+” 更符合我们的编码和阅读习惯；
2.  方法3 StringUtils.join() 方法 适用于将ArrayList转换成字符串，就算90万条数据也只需68ms，可以省掉循环读取ArrayList的代码；
3.  方法4 StringBuffer append() 方法 和 方法5 StringBuilder append() 方法 其实他们的本质是一样的，都是继承自AbstractStringBuilder，效率最高，大批量的数据处理最好选择这两种方法。
4.  方法1 加号 “+” 拼接 和 方法2 String contact() 方法 的时间和空间成本都很高（分析在本文末尾），不能用来做批量数据的处理。

源代码，供参考

package cnblogs.twzheng.lab2;
 
 /**
  * @author Tan Wenzheng
  *
  */
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.List;
 
 import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
 
 public class TestString {
 
     private static final int max = 100;
 
     public void testPlus() {
         System.out.println(">>> testPlus() <<<");
 
         String str = "";
 
         long start = System.currentTimeMillis();
 
         for (int i = 0; i < max; i++) {
             str = str + "a";
         }
 
         long end = System.currentTimeMillis();
 
         long cost = end - start;
 
         System.out.println("   {str + \"a\"} cost=" + cost + " ms");
     }
 
     public void testConcat() {
         System.out.println(">>> testConcat() <<<");
 
         String str = "";
 
         long start = System.currentTimeMillis();
 
         for (int i = 0; i < max; i++) {
             str = str.concat("a");
         }
 
         long end = System.currentTimeMillis();
 
         long cost = end - start;
 
         System.out.println("   {str.concat(\"a\")} cost=" + cost + " ms");
     }
 
     public void testJoin() {
         System.out.println(">>> testJoin() <<<");
 
         long start = System.currentTimeMillis();
 
         List<String> list = new ArrayList<String>();
 
         for (int i = 0; i < max; i++) {
             list.add("a");
         }
 
         long end1 = System.currentTimeMillis();
         long cost1 = end1 - start;
 
         StringUtils.join(list, "");
 
         long end = System.currentTimeMillis();
         long cost = end - end1;
 
         System.out.println("   {list.add(\"a\")} cost1=" + cost1 + " ms");
         System.out.println("   {StringUtils.join(list, \"\")} cost=" + cost
                 + " ms");
     }
 
     public void testStringBuffer() {
         System.out.println(">>> testStringBuffer() <<<");
 
         long start = System.currentTimeMillis();
 
         StringBuffer strBuffer = new StringBuffer();
 
         for (int i = 0; i < max; i++) {
             strBuffer.append("a");
         }
         strBuffer.toString();
 
         long end = System.currentTimeMillis();
 
         long cost = end - start;
 
         System.out.println("   {strBuffer.append(\"a\")} cost=" + cost + " ms");
     }
 
     public void testStringBuilder() {
         System.out.println(">>> testStringBuilder() <<<");
 
         long start = System.currentTimeMillis();
 
         StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
 
         for (int i = 0; i < max; i++) {
             strBuilder.append("a");
         }
         strBuilder.toString();
 
         long end = System.currentTimeMillis();
 
         long cost = end - start;
 
         System.out
                 .println("   {strBuilder.append(\"a\")} cost=" + cost + " ms");
     }
 }

测试结果：

1.  执行100次， private static final int max = 100;

>>> testPlus() <<<
    {str + "a"} cost=0 ms
 >>> testConcat() <<<
    {str.concat("a")} cost=0 ms
 >>> testJoin() <<<
    {list.add("a")} cost1=0 ms
    {StringUtils.join(list, "")} cost=20 ms
 >>> testStringBuffer() <<<
    {strBuffer.append("a")} cost=0 ms
 >>> testStringBuilder() <<<
    {strBuilder.append("a")} cost=0 ms

1.  执行1000次， private static final int max = 1000;

>>> testPlus() <<<
    {str + "a"} cost=10 ms
 >>> testConcat() <<<
    {str.concat("a")} cost=0 ms
 >>> testJoin() <<<
    {list.add("a")} cost1=0 ms
    {StringUtils.join(list, "")} cost=20 ms
 >>> testStringBuffer() <<<
    {strBuffer.append("a")} cost=0 ms
 >>> testStringBuilder() <<<
    {strBuilder.append("a")} cost=0 ms

1.  执行1万次， private static final int max = 10000;

>>> testPlus() <<<
    {str + "a"} cost=150 ms
 >>> testConcat() <<<
    {str.concat("a")} cost=70 ms
 >>> testJoin() <<<
    {list.add("a")} cost1=0 ms
    {StringUtils.join(list, "")} cost=30 ms
 >>> testStringBuffer() <<<
    {strBuffer.append("a")} cost=0 ms
 >>> testStringBuilder() <<<
    {strBuilder.append("a")} cost=0 ms

1.  执行10万次， private static final int max = 100000;

>>> testPlus() <<<
    {str + "a"} cost=4198 ms
 >>> testConcat() <<<
    {str.concat("a")} cost=1862 ms
 >>> testJoin() <<<
    {list.add("a")} cost1=21 ms
    {StringUtils.join(list, "")} cost=49 ms
 >>> testStringBuffer() <<<
    {strBuffer.append("a")} cost=10 ms
 >>> testStringBuilder() <<<
    {strBuilder.append("a")} cost=10 ms

1.  执行20万次， private static final int max = 200000;

>>> testPlus() <<<
    {str + "a"} cost=17196 ms
 >>> testConcat() <<<
    {str.concat("a")} cost=7653 ms
 >>> testJoin() <<<
    {list.add("a")} cost1=20 ms
    {StringUtils.join(list, "")} cost=51 ms
 >>> testStringBuffer() <<<
    {strBuffer.append("a")} cost=20 ms
 >>> testStringBuilder() <<<
    {strBuilder.append("a")} cost=16 ms

1.  执行50万次， private static final int max = 500000;

>>> testPlus() <<<
    {str + "a"} cost=124693 ms
 >>> testConcat() <<<
    {str.concat("a")} cost=49439 ms
 >>> testJoin() <<<
    {list.add("a")} cost1=21 ms
    {StringUtils.join(list, "")} cost=50 ms
 >>> testStringBuffer() <<<
    {strBuffer.append("a")} cost=20 ms
 >>> testStringBuilder() <<<
    {strBuilder.append("a")} cost=10 ms

1.  执行90万次， private static final int max = 900000;

>>> testPlus() <<<
    {str + "a"} cost=456739 ms
 >>> testConcat() <<<
    {str.concat("a")} cost=186252 ms
 >>> testJoin() <<<
    {list.add("a")} cost1=20 ms
    {StringUtils.join(list, "")} cost=68 ms
 >>> testStringBuffer() <<<
    {strBuffer.append("a")} cost=30 ms
 >>> testStringBuilder() <<<
    {strBuilder.append("a")} cost=24 ms

查看源代码，以及简单分析

`String contact` 和 `StringBuffer`，`StringBuilder` 的源代码都可以在Java库里找到，有空可以研究研究。

1.其实每次调用contact()方法就是一次数组的拷贝，虽然在内存中是处理都是原子性操作，速度非常快，但是，最后的return语句会创建一个新String对象，限制了concat方法的速度。

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);
        }

2.StringBuffer 和 StringBuilder 的append方法都继承自AbstractStringBuilder，整个逻辑都只做字符数组的加长，拷贝，到最后也不会创建新的String对象，所以速度很快，完成拼接处理后在程序中用`strBuffer.toString()`来得到最终的字符串。

/**
      * Appends the specified string to this character sequence.
      * 
      * The characters of the {@code String} argument are appended, in
      * order, increasing the length of this sequence by the length of the
      * argument. If {@code str} is {@code null}, then the four
      * characters {@code "null"} are appended.
      * 
      * Let n be the length of this character sequence just prior to
      * execution of the {@code append} method. Then the character at
      * index k in the new character sequence is equal to the character
      * at index k in the old character sequence, if k is less
      * than n; otherwise, it is equal to the character at index
      * k-n in the argument {@code str}.
      *
      * @param   str   a string.
      * @return  a reference to this object.
      */
     public AbstractStringBuilder append(String str) {
         if (str == null) str = "null";
         int len = str.length();
         ensureCapacityInternal(count + len);
         str.getChars(0, len, value, count);
         count += len;
         return this;
     }

/**
      * This method has the same contract as ensureCapacity, but is
      * never synchronized.
      */
     private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
         // overflow-conscious code
         if (minimumCapacity - value.length > 0)
             expandCapacity(minimumCapacity);
     }
 
     /**
      * This implements the expansion semantics of ensureCapacity with no
      * size check or synchronization.
      */
     void expandCapacity(int minimumCapacity) {
         int newCapacity = value.length * 2 + 2;
         if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
             newCapacity = minimumCapacity;
         if (newCapacity < 0) {
             if (minimumCapacity < 0) // overflow
                 throw new OutOfMemoryError();
             newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
         }
         value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
     }

3.字符串的加号“+” 方法， 虽然编译器对其做了优化，使用StringBuilder的append方法进行追加，但是每循环一次都会创建一个StringBuilder对象，且都会调用toString方法转换成字符串，所以开销很大。

> 注：执行一次字符串“+”,相当于 `str = new StringBuilder(str).append("a").toString();`

4.本文开头的地方统计了时间开销，根据上述分析再想想空间的开销。常说拿空间换时间，反过来是不是拿时间换到了空间呢，但是在这里，其实时间是消耗在了重复的不必要的工作上（生成新的对象，toString方法），所以对大批量数据做处理时，加号“+” 和 contact 方法绝对不能用，时间和空间成本都很高。

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