為何阿里巴巴Java開發手冊中不建議在循環體中使用跟進行字符串拼接

這篇文章給大家介紹為何阿里巴巴Java開發手冊中不建議在循環體中使用跟進行字符串拼接，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

之前在閱讀《阿里巴巴Java開發手冊》時，發現有一條是關于循環體中字符串拼接的建議，具體內容如下：

那么我們首先來用例子來看看在循環體中用 + 或者用 StringBuilder 進行字符串拼接的效率如何吧（JDK版本為 jdk1.8.0_201）。

package com.wupx.demo;

/**
 * @author wupx
 * @date 2019/10/23
 */
public class StringConcatDemo {
    public static void main(String[] args) {
        long s1 = System.currentTimeMillis();
        new StringConcatDemo().addMethod();
        System.out.println("使用 + 拼接:" + (System.currentTimeMillis() - s1));

        s1 = System.currentTimeMillis();
        new StringConcatDemo().stringBuilderMethod();
        System.out.println("使用 StringBuilder 拼接:" + (System.currentTimeMillis() - s1));
    }

    public String addMethod() {
        String result = "";
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            result += (i + "武培軒");
        }
        return result;
    }

    public String stringBuilderMethod() {
        StringBuilder result = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            result.append(i).append("武培軒");
        }
        return result.toString();
    }
}

執行結果如下：

使用 + 拼接:29282
使用 StringBuilder 拼接:4

為什么這兩種方法的時間會差這么多呢？接下來讓我們一起進一步研究。

為什么 StringBuilder 比 + 快這么多？

從字節碼層面來看下，為什么循環體中字符串拼接 StringBuilder 比 + 快這么多？

使用 javac StringConcatDemo.java 命令編譯源文件，使用 javap -c StringConcatDemo 命令查看字節碼文件的內容。

其中 addMethod() 方法的字節碼如下：

  public java.lang.String addMethod();
    Code:
       0: ldc           #16                 // String
       2: astore_1
       3: iconst_0
       4: istore_2
       5: iload_2
       6: ldc           #17                 // int 100000
       8: if_icmpge     41
      11: new           #7                  // class java/lang/StringBuilder
      14: dup
      15: invokespecial #8                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      18: aload_1
      19: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      22: iload_2
      23: invokevirtual #18                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
      26: ldc           #19                 // String wupx
      28: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      31: invokevirtual #12                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      34: astore_1
      35: iinc          2, 1
      38: goto          5
      41: aload_1
      42: areturn

可以看出，第 8 行到第 38 行構成了一個循環體：在第 8 行的時候做條件判斷，如果不滿足循環條件，則跳轉到 41 行。編譯器做了一定程度的優化，在 11 行 new 了一個 StringBuilder 對象，然后再 19 行、23 行、28 行進行了三次 append() 方法的調用，不過每次循環都會重新 new 一個 StringBuilder 對象。

再來看 stringBuilderMethod() 方法的字節碼：

  public java.lang.String stringBuilderMethod();
    Code:
       0: new           #7                  // class java/lang/StringBuilder
       3: dup
       4: invokespecial #8                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
       7: astore_1
       8: iconst_0
       9: istore_2
      10: iload_2
      11: ldc           #17                 // int 100000
      13: if_icmpge     33
      16: aload_1
      17: iload_2
      18: invokevirtual #18                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
      21: ldc           #19                 // String wupx
      23: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      26: pop
      27: iinc          2, 1
      30: goto          10
      33: aload_1
      34: invokevirtual #12                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      37: areturn

13 行到 30 行構成了循環體，可以看出，在第4行（循環體外）就構建好了 StringBuilder 對象，然后再循環體內只進行 append() 方法的調用。

由此可以看出，在 for 循環中，使用 + 進行字符串拼接，每次都是 new 了一個 StringBuilder，然后再把 String 轉成 StringBuilder，再進行 append，而頻繁的新建對象不僅要耗費很多時間，還會造成內存資源的浪費。這就從字節碼層面解釋了為什么不建議在循環體內使用 + 去進行字符串的拼接。

接下來再來讓我們看下使用 + 或者 StringBuilder 拼接字符串的原理吧。

使用 + 拼接字符串

在 Java 開發中，最簡單常用的字符串拼接方法就是直接使用 + 來完成：

String boy = "wupx";
String girl = "huxy";
String love = boy + girl;

反編譯后的內容如下：（使用的反編譯工具為 jad）

String boy = "wupx";
String girl = "huxy";
String love = (new StringBuilder()).append(boy).append(girl).toString();

通過查看反編譯以后的代碼，可以發現，在字符串常量在拼接過程中，是將 String 轉成了 StringBuilder 后，使用其 append() 方法進行處理的。

那么也就是說，Java中的 + 對字符串的拼接，其實現原理是使用 StringBuilder 的 append() 來實現的，使用 + 拼接字符串，其實只是 Java 提供的一個語法糖。

使用 StringBuilder 拼接字符串

StringBuilder 的 append 方法就是第二個常用的字符串拼接姿勢了。

和 String 類類似，StringBuilder 類也封裝了一個字符數組，定義如下：

char[] value;

與 String 不同的是，它并不是 final 的，所以是可以修改的。另外，與 String 不同，字符數組中不一定所有位置都已經被使用，它有一個實例變量，表示數組中已經使用的字符個數，定義如下：

int count;

其 append() 方法源碼如下：

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;
}

首先判斷拼接的字符串 str 是不是 null，如果是，調用 appendNull() 方法進行處理，appendNull() 方法的源碼如下：

private AbstractStringBuilder appendNull() {
    int c = count;
    ensureCapacityInternal(c + 4);
    final char[] value = this.value;
    value[c++] = 'n';
    value[c++] = 'u';
    value[c++] = 'l';
    value[c++] = 'l';
    count = c;
    return this;
}

如果字符串 str 不為 null，則判斷拼接后的字符數組長度是否超過當前數組長度，如果超過，則調用 Arrays.copyOf() 方法進行擴容并復制，ensureCapacityInternal() 方法的源碼如下：

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
    if (minimumCapacity - value.length > 0) {
        value = Arrays.copyOf(value,
                newCapacity(minimumCapacity));
    }
}

最后，將拼接的字符串 str 復制到目標數組 value 中。

str.getChars(0, len, value, count);

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