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 18:21 147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

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

  1. package cnblogs.twzheng.lab2;
  3. /**
  4.  * @author Tan Wenzheng
  5.  *
  6.  */
  7. import java.util.ArrayList;
  8. import java.util.List;
  10. import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
  12. public class TestString {
  14.     private static final int max = 100;
  16.     public void testPlus() {
  17.         System.out.println(">>> testPlus() <<<");
  19.         String str = "";
  21.         long start = System.currentTimeMillis();
  23.         for (int i = 0; i < max; i++) {
  24.             str = str + "a";
  25.         }
  27.         long end = System.currentTimeMillis();
  29.         long cost = end - start;
  31.         System.out.println("   {str + \"a\"} cost=" + cost + " ms");
  32.     }
  34.     public void testConcat() {
  35.         System.out.println(">>> testConcat() <<<");
  37.         String str = "";
  39.         long start = System.currentTimeMillis();
  41.         for (int i = 0; i < max; i++) {
  42.             str = str.concat("a");
  43.         }
  45.         long end = System.currentTimeMillis();
  47.         long cost = end - start;
  49.         System.out.println("   {str.concat(\"a\")} cost=" + cost + " ms");
  50.     }
  52.     public void testJoin() {
  53.         System.out.println(">>> testJoin() <<<");
  55.         long start = System.currentTimeMillis();
  57.         List<String> list = new ArrayList<String>();
  59.         for (int i = 0; i < max; i++) {
  60.             list.add("a");
  61.         }
  63.         long end1 = System.currentTimeMillis();
  64.         long cost1 = end1 - start;
  66.         StringUtils.join(list, "");
  68.         long end = System.currentTimeMillis();
  69.         long cost = end - end1;
  71.         System.out.println("   {list.add(\"a\")} cost1=" + cost1 + " ms");
  72.         System.out.println("   {StringUtils.join(list, \"\")} cost=" + cost
  73.                 + " ms");
  74.     }
  76.     public void testStringBuffer() {
  77.         System.out.println(">>> testStringBuffer() <<<");
  79.         long start = System.currentTimeMillis();
  81.         StringBuffer strBuffer = new StringBuffer();
  83.         for (int i = 0; i < max; i++) {
  84.             strBuffer.append("a");
  85.         }
  86.         strBuffer.toString();
  88.         long end = System.currentTimeMillis();
  90.         long cost = end - start;
  92.         System.out.println("   {strBuffer.append(\"a\")} cost=" + cost + " ms");
  93.     }
  95.     public void testStringBuilder() {
  96.         System.out.println(">>> testStringBuilder() <<<");
  98.         long start = System.currentTimeMillis();
  100.         StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
  102.         for (int i = 0; i < max; i++) {
  103.             strBuilder.append("a");
  104.         }
  105.         strBuilder.toString();
  107.         long end = System.currentTimeMillis();
  109.         long cost = end - start;
  111.         System.out
  112.                 .println("   {strBuilder.append(\"a\")} cost=" + cost + " ms");
  113.     }
  114. }

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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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。

  1. public String concat(String str) {
  2.         int otherLen = str.length();
  3.         if (otherLen == 0) {
  4.             return this;
  5.         }
  6.         int len = value.length;
  7.         char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
  8.         str.getChars(buf, len);
  9.         return new String(buf, true);
  10.     }

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。

  1. /**
  2.      * Appends the specified string to this character sequence.
  3.      * <p>
  4.      * The characters of the {@code String} argument are appended, in
  5.      * order, increasing the length of this sequence by the length of the
  6.      * argument. If {@code str} is {@code null}, then the four
  7.      * characters {@code "null"} are appended.
  8.      * <p>
  9.      * Let <i>n</i> be the length of this character sequence just prior to
  10.      * execution of the {@code append} method. Then the character at
  11.      * index <i>k</i> in the new character sequence is equal to the character
  12.      * at index <i>k</i> in the old character sequence, if <i>k</i> is less
  13.      * than <i>n</i>; otherwise, it is equal to the character at index
  14.      * <i>k-n</i> in the argument {@code str}.
  15.      *
  16.      * @param   str   a string.
  17.      * @return  a reference to this object.
  18.      */
  19.     public AbstractStringBuilder append(String str) {
  20.         if (str == null) str = "null";
  21.         int len = str.length();
  22.         ensureCapacityInternal(count + len);
  23.         str.getChars(0, len, value, count);
  24.         count += len;
  25.         return this;
  26.     }
  28. /**
  29.      * This method has the same contract as ensureCapacity, but is
  30.      * never synchronized.
  31.      */
  32.     private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
  33.         // overflow-conscious code
  34.         if (minimumCapacity - value.length > 0)
  35.             expandCapacity(minimumCapacity);
  36.     }
  38.     /**
  39.      * This implements the expansion semantics of ensureCapacity with no
  40.      * size check or synchronization.
  41.      */
  42.     void expandCapacity(int minimumCapacity) {
  43.         int newCapacity = value.length * 2 + 2;
  44.         if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
  45.             newCapacity = minimumCapacity;
  46.         if (newCapacity < 0) {
  47.             if (minimumCapacity < 0) // overflow
  48.                 throw new OutOfMemoryError();
  49.             newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
  50.         }
  51.         value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
  52.     }

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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