从内存方面解释Java中String与StringBuilder的性能差异

以前经常在网上看到关于Java字符串拼接等方面的讨论。看到有些Java开发人员在给新手程序员的建议中类似如下写道：

不要使用+号拼接字符串，要使用StringBuffer或StringBuilder的append()方法来拼接字符串。
不过，用+号拼接字符串就真的那么令人讨厌，难道使用+号拼接字符串就没有一点可取之处吗？

通过查阅Java api文档中关于String类的部分内容，我们可以看到如下片段：
“Java 语言提供对字符串串联符号（"+"）以及将其他对象转换为字符串的特殊支持。字符串串联是通过 StringBuilder（或 StringBuffer）类及其 append 方法实现的。字符串转换是通过 toString 方法实现的，该方法由 Object 类定义，并可被 Java中的所有类继承。”

这段话很明确地告诉我们，在Java中使用+号拼接字符串，实际上使用的就是StringBuffer或StringBuilder及其append方法来实现的。

除了Java api文档，我们还可以使用工具查看class类文件的字节码命令来得到上述答案。例如代码：

public static void main(String[] args) {
  String a = "Hello";
  String b = " world";
  String str = a + b + " !";
  System.out.println(str);
}

通过工具查看到其对应的字节码命令如下：

2016518160343602.jpg (939×352)

从字节码命令中，我们可以清楚地看到，我们编写的如下代码

String str = a + b + " !";

被编译器转换成了类似如下语句：

String str = new StringBuilder(String.valueOf(a)).append(b).append(" !").toString();

不仅如此，Java的编译器也是一个比较聪明的编译器，当+号拼接的全部是字符串字面量时，Java的编译器将会在编译时智能地将其转换为一个完整的字符串。例如：

public static void main(String[] args) {
  String str = "Hello" + " world" + ",Java!";
  System.out.println(str);
}

Java编译器直接将这种全是字面量的字符串拼接，在编译时就转换为了一个完整的字符串。

2016518160430161.jpg (707×145)

就算+号拼接的字符串中存在变量，Java编译器也会将最前面的字符串字面量合并为一个字符串。

public static void main(String[] args) {
  String java = ",Java!";
  String str = "Hello" + " world" + java;
  System.out.println(str);
}

2016518160449064.jpg (935×265)

从上述可知，对于类似String str = str1 + str2 + str3 + str4，这种将多个字符串一次性拼接的操作，使用+号来进行拼接是完全没有问题的。

在Java中,String对象是不可变的(Immutable)。在代码中，可以创建多个某一个String对象的别名。但是这些别名都是的引用是相同的。
比如s1和s2都是”droidyue.com”对象的别名，别名保存着到真实对象的引用。所以s1 = s2

String s1 = "droidyue.com";
String s2 = s1;
System.out.println("s1 and s2 has the same reference =" + (s1 == s2));

并且在Java中，唯一被重载的运算符就是字符串的拼接相关的。+,+=。除此之外，Java设计者不允许重载其他的运算符。

在Java中，唯一被重载的运算符就是字符串的拼接相关的。+,+=。除此之外，Java设计者不允许重载其他的运算符。

众所周知，在Java 1.4版本之前，字符串拼接可以使用StringBuffer，从Java 1.5开始，我们可以使用StringBuilder来拼接字符串。StringBuffer和StringBuilder的主要区别在于：StringBuffer是线程安全的，适用于多线程操作字符串；StringBuilder是线程不安全的，适合单线程下操作字符串。不过，我们的大多数字符串拼接操作都是在单线程下进行的，因此使用StringBuilder有利于提高性能。

在Java 1.4之前，编译器使用StringBuffer来处理+号拼接的字符串；从Java 1.5开始，编译器大多数情况下都使用StringBuilder来处理+号拼接的字符串。

当我们在JDK 1.4的环境下编写代码时，对于上述这种一次性拼接多个字符串的情况，建议最好使用+号来处理。这样，当JDK 升级到1.5及以上版本时，编译器将会自动将其转换为StringBuilder来拼接字符串，从而提高字符串拼接效率。

当然，推荐使用+号拼接字符串也仅限于在一条语句中拼接多个字符串时使用。如果分散在多条语句中拼接一个字符串，仍然建议使用StringBuffer或StringBuilder。例如：

public static void main(String[] args) {
  String java = ",Java!";
  String str = "";
  str += "Hello";
  str += " world";
  str += java;
  System.out.println(str);
}

编译器编译后的字节命令如下：

2016518160507152.jpg (945×603)

从上面的图片中我们可以知道，每一条+号拼接语句，都创建了一个新的StringBuilder对象。这种情况在循环条件下表现得尤其明显，造成了相对较大的性能损耗。因此，在多条语句中拼接字符串，强烈建议使用StringBuffer或StringBuilder来处理。

关于使用StringBuilder带来的优化

此外，在使用StringBuffer或StringBuilder的时候，我们还可以使用如下方式，进一步提高性能(下面代码以StringBuilder为例，StringBuffer与此类似)。

1.预测最终获得的字符串的最大长度。

StringBuilder内部char数组的默认长度为16，当我们append追加字符串后超过此长度时，StringBuilder会扩大内部的数组容量以满足需要。在这个过程中，StringBuilder会创建一个新的较大容量的char数组，并将原数组中的数据复制到新数组中。如果我们能够大致预测到最终拼接得到的字符串的最大长度，就可以在创建StringBuilder对象时指定合适大小的初始容量。例如，我们需要拼接获得含有100个字母a的字符串。即可编写如下代码:

StringBuilder sb = new StringBuilder(100);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
  sb.append('a');
}
System.out.println(sb);

请根据实际情况进行平衡，以创建适合初始容量的StringBuilder。

2.对于单个字符，尽可能地使用char类型，而不是String类型。

有些时候，我们需要在字符串后追加单个字符(例如：a)，此时应尽可能地使用

sb.append('a');

而不是使用：

sb.append("a");

从内存方面解释Java中String与StringBuilder的性能差异

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