浅谈Java中连接字符串时使用+号和使用StringBuilder类的区别2011年11月09日 175314

浅谈Java中连接字符串时使用+号和使用StringBuilder类的区别2011年11月09日 175314
主页君在留言板中看到有Javaer提出一个问题，就是Java里在连接字符串时，使用+号连接还是使用StringBuilder类（这个类只在J2SE5及以上版本提供，以前的版本使用StringBuffer类）连接。

为了解答这位Javaer的疑惑，可能也是许多人的疑惑，特此撰文来解答这个问题，同时也附上另外一个困扰很多Javaer的问题，就是+号和StringBuilder类连接字符串时的效率对比问题，毕竟很多人都对Java的效率差百般埋怨，如何在这种细节处优化，对Java整体效率的提升会有明显的改善。　



字符串是Java程序中最常用的一种数据结构之一。在Java中的String类已经重载的+。也就是说，字符串可以直接使用+进行连接，如下面代码所示：

String s = abc + ddd;

但这样做真的好吗？当然，这个问题不能简单地回答yes or no。要根据具体情况来定。在Java中提供了一个StringBuilder类（这个类只在J2SE5及以上版本提供，以前的版本使用StringBuffer类），这个类也可以起到+的作用。那么我们应该用哪个呢？

下面让我们先看看如下的代码：

package string;

public class TestSimplePlus
{
public static void main(String[] args)
{
String s = abc;
String ss = ok + s + xyz + 5;
System.out.println(ss);
}
}

上面的代码将会输出正确的结果。从表面上看，对字符串和整型使用+号并没有什么区别，但事实真的如此吗？下面让我们来看看这段代码的本质。

我们首先使用反编译工具（如jdk带的javap、或jad）将TestSimplePlus反编译成Java Byte Code，其中的奥秘就一目了然了。在本文将使用jad来反编译，命令如下：

jad -o -a -s d.java TestSimplePlus.class

反编译后的代码如下：

package string;

import java.io.PrintStream;

public class TestSimplePlus
{
public TestSimplePlus()
{
0 0aload_0
1 1invokespecial #8 Method void Object()
2 4return
}

public static void main(String args[])
{
String s = abc;
0 0ldc1 #16 String abc
1 2astore_1
String ss = (new StringBuilder(ok)).append(s).append(xyz).append(5).toString();
2 3new #18 Class StringBuilder
3 6dup
4 7ldc1 #20 String ok
5 9invokespecial #22 Method void StringBuilder(String)
6 12aload_1
7 13invokevirtual #25 Method StringBuilder StringBuilder.append(String)
8 16ldc1 #29 String xyz
9 18invokevirtual #25 Method StringBuilder StringBuilder.append(String)
10 21iconst_5
11 22

invokevirtual #31 Method StringBuilder StringBuilder.append(int)
12 25invokevirtual #34 Method String StringBuilder.toString()
13 28astore_2
System.out.println(ss);
14 29getstatic #38 Field PrintStream System.out
15 32aload_2
16 33invokevirtual #44 Method void PrintStream.println(String)
17 36return
}
}

Java新手朋友们可能看到上面的Java字节码感到迷糊，不过大家不必担心。本文的目的并不是讲解Java Byte Code，因此，并不用了解具体的字节码的含义。

使用jad反编译的好处之一就是可以同时生成字节码和源代码。这样可以进行对照研究。从上面的代码很容易看出，虽然在源程序中使用了+，但在编译时仍然将+转换成StringBuilder。因此，我们可以得出结论，在Java中无论使用何种方式进行字符串连接，实际上都使用的是StringBuilder。

那么是不是可以根据这个结论推出使用+和StringBuilder的效果是一样的呢？这个要从两个方面的解释。如果从运行结果来解释，那么+和StringBuilder是完全等效的。但如果从运行效率和资源消耗方面看，那它们将存在很大的区别。

当然，如果连接字符串行表达式很简单（如上面的顺序结构），那么+和StringBuilder基本是一样的，但如果结构比较复杂，如使用循环来连接字符串，那么产生的Java Byte Code就会有很大的区别。先让我们看看如下的代码：

package string;

import java.util.;

public class TestComplexPlus
{
public static void main(String[] args)
{
String s = ;
Random rand = new Random();
for (int i = 0; i 10; i++)
{
s = s + rand.nextInt(1000) + ;
}
System.out.println(s);
}
}

上面的代码返编译后的Java Byte Code如下：

package string;

import java.io.PrintStream;
import java.util.Random;

public class TestComplexPlus
{

public TestComplexPlus()
{
0 0aload_0
1 1invokespecial #8 Method void Object()
2 4return
}

public static void main(String args[])
{
String s = ;
0 0ldc1 #16 String
1 2astore_1
Random rand = new Random();
2 3new #18 Class Random
3 6dup
4 7invokespecial #20 Method void Random()
5 10astore_2
for(int i = 0; i 10; i++)
6 11iconst_0
7 12istore_3
8 13goto 49
s = (new StringBuilder(String.valueOf(s))).append(rand.nextInt(1000)).append( ).toString();
9 16new #21 Class StringBuilder
10 19dup
11 20aload_1
12 21invokestatic #23 Method String String.valueOf(Object)
13

24invokespecial #29 Method void StringBuilder(String)
14 27aload_2
15 28sipush 1000
16 31invokevirtual #32 Method int Random.nextInt(int)
17 34invokevirtual #36 Method StringBuilder StringBuilder.append(int)
18 37ldc1 #40 String
19 39invokevirtual #42 Method StringBuilder StringBuilder.append(String)
20 42invokevirtual #45 Method String StringBuilder.toString()
21 45astore_1

22 46iinc 3 1
23 49iload_3
24 50bipush 10
25 52icmplt 16
System.out.println(s);
26 55getstatic #49 Field PrintStream System.out
27 58aload_1
28 59invokevirtual #55 Method void PrintStream.println(String)
29 62return
}
}

大家可以看到，虽然编译器将+转换成了StringBuilder，但创建StringBuilder对象的位置却在for语句内部。这就意味着每执行一次循环，就会创建一个StringBuilder对象（对于本例来说，是创建了10个StringBuilder对象），虽然Java有垃圾回收器，但这个回收器的工作时间是不定的。如果不断产生这样的垃圾，那么仍然会占用大量的资源。解决这个问题的方法就是在程序中直接使用StringBuilder来连接字符串，代码如下：

package string;

import java.util.;

public class TestStringBuilder
{
public static void main(String[] args)
{
String s = ;
Random rand = new Random();
StringBuilder result = new StringBuilder();
for (int i = 0; i 10; i++)
{
result.append(rand.nextInt(1000));
result.append( );
}
System.out.println(result.toString());
}
}

上面代码反编译后的结果如下：

package string;

import java.io.PrintStream;
import java.util.Random;

public class TestStringBuilder
{

public TestStringBuilder()
{
0 0aload_0
1 1invokespecial #8 Method void Object()
2 4return
}

public static void main(String args[])
{
String s = ;
0 0ldc1 #16 String
1 2astore_1
Random rand = new Random();
2 3new #18 Class Random
3 6dup
4 7invokespecial #20 Method void Random()
5 10astore_2
StringBuilder result = new StringBuilder();
6 11new #21 Class StringBuilder
7 14dup
8 15invokespecial #23 Method void StringBuilder()
9 18astore_3
for(int i = 0; i 10; i++)
10 19iconst_0
11 20istore 4
12 22goto 47
{
result.append(rand.nextInt(1000));
13 25aload_3
1

4 26aload_2
15 27sipush 1000
16 30invokevirtual #24 Method int Random.nextInt(int)
17 33invokevirtual #28 Method StringBuilder StringBuilder.append(int)
18 36pop
result.append( );
19 37aload_3
20 38ldc1 #32 String
21 40invokevirtual #34 Method StringBuilder StringBuilder.append(String)
22 43pop
}

23 44iinc 4 1
24 47iload 4
25 49bipush 10
26 51icmplt 25
System.out.println(result.toString());
27 54getstatic #37 Field PrintStream System.out
28 57aload_3
29 58invokevirtual #43 Method String StringBuilder.toString()
30 61invokevirtual #47 Method void PrintStream.println(String)
31 64return
}
}

从上面的反编译结果可以看出，创建StringBuilder的代码被放在了for语句外。虽然这样处理在源程序中看起来复杂，但却换来了更高的效率，同时消耗的资源也更少了。

在使用StringBuilder时要注意，尽量不要+和StringBuilder混着用，否则会创建更多的StringBuilder对象，如下面代码所示：

for (int i = 0; i 10; i++)
{
result.append(rand.nextInt(1000));
result.append( );
}

改成如下形式：

for (int i = 0; i 10; i++)
{
result.append(rand.nextInt(1000) + );
}

则反编译后的结果如下：

......

for(int i = 0; i 10; i++)
10 19iconst_0
11 20istore 4
12 22goto 65
{
result.append((new StringBuilder(String.valueOf(rand.nextInt(1000)))).append( ).toString());
13 25aload_3
14 26new #21 Class StringBuilder
15 29dup

......

从上面的代码可以看出，Java编译器将+编译成了StringBuilder，这样for语句每循环一次，又创建了一个StringBuilder对象。

如果将上面的代码在JDK1.4下编译，必须将StringBuilder改为StringBuffer，而JDK1.4将+转换为StringBuffer（因为JDK1.4并没有提供StringBuilder类）。StringBuffer和StringBuilder的功能基本一样，只是StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder不是线程安全的。因此，StringBuilder的效率会更高。



P.S.本文涉及到了一些Java反编译知识，只是为了更好的给大家演示和对比二者之间的区别，如果大家看了本文对Java反编译感兴趣，可以自行查阅相关资料，主页君也将会在未来整理并发表几篇关于反编译的文章，希望大家到时能喜欢。