String字符串性能优化的几种方案

String字符串是系统里最常用的类型之一,在系统中占据了很大的内存,因此,高效地使用字符串,对系统的性能有较好的提升。

针对字符串的优化,我在工作与学习过程总结了以下三种方案作分享:

一.优化构建的超大字符串
  验证环境:jdk1.8
  反编译工具:jad
1.下载反编译工具jad,百度云盘下载:
链接:https://pan.baidu.com/s/1TK1_N769NqtDtLn28jR-Xg
提取码:ilil
2.验证
先执行一段例子1代码:
1 public class test3 {
2     static void main(String[] args) {
3         String str="ab"+"cd"+"ef"+"123";
4     }
5 }
执行完成后,用反编译工具jad进行反编译:jad -o -a -s d.java test.class
反编译后的代码:
 1 // Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
 2  Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
 3  Decompiler options: packimports(3) annotate 
 4  Source File Name:   test.java
 5 package example;
 6  test
 7 {
 8     public test()
 9     {
10         0    0:aload_0         
11         1    1:invokespecial   #1   <Method void Object()>
12         2    4:return          
13 14      main(String args[])
15 16         String str = "abcdef123"17         0    0:ldc1            #2   <String "abcdef123">
18         1    2:astore_1        
19         2    3:return          
20 21 }
案例2:
 test1 {
 main(String[] args)
3 4         String s = "abc"5         String ss = "ok" + s + "xyz" + 56         System.out.println(ss);
7 8 }
用反编译工具jad执行jad -o -a -s d.java test1.class进行反编译后:
 Source File Name:   test1.java
 5 
 7 
 8 import java.io.PrintStream;
 9 
10  test1
11  test1()
15     16     17 19 20         String s = "abc"21         0    0:ldc1            #2   <String "abc">
22         1    2:astore_1        
23         String ss = (new StringBuilder()).append("ok").append(s).append("xyz").append(5).toString();
24         2    3:new             #3   <Class StringBuilder>
25         3    6:dup             
26         4    7:invokespecial   #4   <Method void StringBuilder()>
27         5   10:ldc1            #5   <String "ok">
28         6   12:invokevirtual   #6   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
29         7   15:aload_1         
30         8   16:invokevirtual   #6   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
31         9   19:ldc1            #7   <String "xyz">
32        10   21:invokevirtual   #6   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
33        11   24:iconst_5        
34        12   25:invokevirtual   #8   <Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
35        13   28:invokevirtual   #9   <Method String StringBuilder.toString()>
36        14   31:astore_2        
37 38        15   32:getstatic       #10  <Field PrintStream System.out>
39        16   35:aload_2         
40        17   36:invokevirtual   #11  <Method void PrintStream.println(String)>
41        18   39:return          
42 43 }
根据反编译结果,可以看到内部其实是通过StringBuilder进行字符串拼接的。
再来执行例3的代码:
 test2 {
 2      3         String s = "" 4         Random rand = new Random();
 5         for (int i = 0; i < 10; i++) {
 6             s = s + rand.nextInt(1000) + " "        }
        System.out.println(s);
10 }

用反编译工具jad执行jad -o -a -s d.java test2.class进行反编译后,发现其内部同样是通过StringBuilder来进行拼接的:

 Source File Name:   test2.java
 java.util.Random;
 test2
 test2()
13     18         String s = ""    0    0:ldc1            #2   <String "">
20     21         Random rand =     2    3:new             #3   <Class Random>
23         4    7:invokespecial   #4   <Method void Random()>
    5   10:astore_2        
26         for()
*   6   11:iconst_0        
*   7   12:istore_3        
*   8   13:iload_3         
*   9   14:bipush          10
*  10   16:icmpge          55
32             s = (new StringBuilder()).append(s).append(rand.nextInt(1000)).append(" "   11   19:new             #5   <Class StringBuilder>
   12   22:dup             
   13   23:invokespecial   #6   <Method void StringBuilder()>
   14   26:aload_1         
37        15   27:invokevirtual   #7   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
   16   30:aload_2         
   17   31:sipush          1000
   18   34:invokevirtual   #8   <Method int Random.nextInt(int)>
   19   37:invokevirtual   #9   <Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
42        20   40:ldc1            #10  <String " ">
43        21   42:invokevirtual   #7   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
44        22   45:invokevirtual   #11  <Method String StringBuilder.toString()>
45        23   48:astore_1        
46 
47        24   49:iinc            3  1
48     *  25   52:goto            13
49 50        26   55:getstatic       #12  <Field PrintStream System.out>
51        27   58:aload_1         
52        28   59:invokevirtual   #13  <Method void PrintStream.println(String)>
53        29   62:return          
54 55 }
综上案例分析,发现字符串进行“+”拼接时,内部有以下几种情况:
1.“+”直接拼接的是常量变量,如"ab"+"cd"+"ef"+"123",内部编译就把几个连接成一个常量字符串处理;
2. “+”拼接的含变量字符串,如案例2:"ok" + s + "xyz" + 5,内部编译其实是new 一个StringBuilder来进行来通过append进行拼接;
3.案例3循环过程,实质也是“+”拼接含变量字符串,因此,内部编译时,也会创建StringBuilder来进行拼接。
对比三种情况,发现第三种情况每次做循环,都会新创建一个StringBuilder对象,这会增加系统的内存,反过来就会降低系统性能。
因此,在做字符串拼接时,单线程环境下,可以显性使用StringBuilder来进行拼接,避免每循环一次就new一个StringBuilder对象;在多线程环境下,可以使用线程安全的StringBuffer,但涉及到锁竞争,StringBuffer性能会比StringBuilder差一点。
这样,起到在字符串拼接时的优化效果。
2.如何使用String.intern节省内存?
在回答这个问题之前,可以先对一段代码进行测试:
1.首先在idea设置-XX:+PrintGCDetails -Xmx6G -Xmn3G,用来打印GC日志信息,设置如下图所示:

2.执行以下例子代码:
 test4 {
 3         final int MAX=10000000 4         System.out.println("不用intern:"+notIntern(MAX));
      System.out.println("使用intern:"+intern(MAX));
 7     private long notIntern(int MAX){
 8         long start = System.currentTimeMillis();
 9         int i = 0; i < MAX; i++10             int j = i % 10011             String str = String.valueOf(j);
12 13         return System.currentTimeMillis() - start;
14 /*
16     private static long intern(int MAX){
        long start = System.currentTimeMillis();
18         for (int i = 0; i < MAX; i++) {
            int j = i % 100;
            String str = String.valueOf(j).intern();
21 22         return System.currentTimeMillis() - start;
23     }*/
24 
未使用intern的GC日志:
 1 不用intern:354
 2 [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 377487K->760K(2752512K)] 377487K->768K(2758656K),0.0009102 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,real=0.00 secs] 
 3 [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 760K->0K(2752512K)] [ParOldGen: 8K->636K(6144K)] 768K->636K(2758656K),[Metaspace: 3278K->3278K(1056768K)],0.0051214 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,1)">Heap
 5  PSYoungGen      total 2752512K,used 23593K [0x0000000700000000,0x00000007c0000000,0x00000007c0000000 6   eden space 2359296K,1% used [0x0000000700000000,0x000000070170a548,0x0000000790000000 7   from space 393216K,0% used [0x0000000790000000,0x0000000790000000,0x00000007a8000000 8   to   space 393216K,0% used [0x00000007a8000000,0x00000007a8000000,1)"> 9  ParOldGen       total 6144K,used 636K [0x0000000640000000,0x0000000640600000,0x000000070000000010   object space 6144K,10% used [0x0000000640000000,0x000000064009f2f8,0x0000000640600000 Metaspace       used 3284K,capacity 4500K,committed 4864K,reserved 1056768K
12   class space    used 359K,capacity 388K,committed 512K,reserved 1048576K

根据打印的日志分析:没有使用intern情况下,执行时间为354ms,占用内存为24229k;

使用intern的GC日志:
 1 使用intern:1515
 2 [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 613417K->1144K(2752512K)] 613417K->1152K(2758656K),0.0012530 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,1)"> 3 [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1144K->0K(2752512K)] [ParOldGen: 8K->965K(6144K)] 1152K->965K(2758656K),[Metaspace: 3780K->3780K(1056768K)],0.0079962 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00,real=0.01 Metaspace       used 3786K,capacity 4540K,1)">class space    used 420K,capacity 428K,reserved 1048576K
日志分析:没有使用intern情况下,执行时间为1515ms,占用内存为16694k;
综上所述:使用intern情况下,内存相对没有使用intern的情况要小,但在节省内存的同时,增加了时间复杂度。我试过将MAX=10000000再增加一个0的情况下,使用intern将会花费高达11秒的执行时间,可见,在遍历数据过大时,不建议使用intern。
因此,使用intern的前提,一定要考虑到具体的使用场景。
到这里,可以确定,使用String.intern确实可以节省内存。
接下来,分析一下intern在不同JDK版本的区别。
在JDK1.6中,字符串常量池在方法区中,方法区属于永久代。
在JDK1.7中,字符串常量池移到了堆中。
在JDK1.8中,字符串常量池移到了元空间里,与堆相独立。
分别在1.6、1.7、1.8版本执行以下一个例子:
 test5 {
 3         
 4         String s1=new String("ab");
        s.intern();
 6         String s2="ab" 7         System.out.println(s1==s2);
 8 
10         String s3=new String("ab")+new String("cd"        s3.intern();
12         String s4="abcd"13         System.out.println(s4==s3);
15 }
1.6版本
执行结果:
fasle false
分析:
执行第一部分时:
1.代码编译时,先在字符串常量池里创建常量“ab";在调用new时,将在堆中创建一个String对象,字符串常量创建的“ab"存储到堆中,最后堆中的String对象返回一个引用给s1。
2.s.intern(),在字符串常量池里已经存在“ab”,便不再创建存放副本“ab";
3.s2="ab",s2指向的是字符串常量池里”ab",而s1指向的堆中的”ab",故两者不相等。
该示意图如下:

执行第二部分:
1.两个new出来相加的“abcd”存放在堆中,s3指向堆中的“abcd";
2.执行s3.intern(),在将“abcd"副本的存放到字符串常量池时,发现常量池里没有该”abcd",因此,成功存放;
3.s4="abcd"指向的是字符串常量池里已有的“abcd"副本,而s3指向的是堆中的"abcd",副本"abcd"的地址和堆中“abcd"地址不相同,故为false;
1.7版本
false true
执行第一部分:这一部分与jdk1.6基本类似,不同在于,s1.intern()返回的是引用,而不是副本。
执行第二部分:
1.new String("ab")+new String("cd"),先在常量池里生成“ab"和”cd",再在堆中生成“abcd";
2.执行s3.intern()时,会把“abcd”的对象引用放到字符串常量池里,发现常量池里还没有该引用,故可成功放入。当String s4="abcd",即把字符串常量池中”abcd“的引用地址赋值给s4,相当于s4指向了堆中”abcd"的地址,故s3==s4为true。
1.8版本
false true
参考网上一些博客,在1.8版本当中,使用intern()时,执行原理如下:
若字符串常量池中,包含了与当前对象相当的字符串,将返回常量池里的字符串;若不存在,则将该字符串存放进常量池里,并返回字符串的引用。
 
综上所述,可见三种版本当中,使用intern时,若字符串常量池里不存在相应字符串时,存在以下区别:
例如:
String s1=new String("ab"); s.intern();
jdk1.6:若字符串常量池里没有“ab",则会在常量池里存放一个“ab"副本,该副本地址与堆中的”ab"地址不相等;
jdk1.7:若字符串常量池里没有“ab",会将“ab”的对象引用放到字符串常量池里,该引用地址与堆中”ab"的地址相同;
jdk1.8:若字符串常量池中包含与当前对象相当的字符串,将返回常量池里的字符串;若不存在,则将该字符串存放进常量池里,并返回字符串的引用。
3.如何使用字符串的分割方法?
在简单进行字符串分割时,可以用indexOf替代split,因为split的性能不够稳定,故针对简单的字符串分割,可优先使用indexOf代替;

相关文章

本文从从Bitcask存储模型讲起,谈轻量级KV系统设计与实现。从...
内部的放到gitlab pages的博客,需要统计PV,不蒜子不能准确...
PCM 自然界中的声音非常复杂,波形极其复杂,通常我们采用的...
本文介绍如何离线生成sst并在线加载,提供一种用rocksdb建立...
验证用户输入是否正确是我们应用程序中的常见功能。Spring提...
引入pdf2dom &lt;dependency&gt; &lt;groupId&a...