爲何阿里巴巴Java開發手冊中不建議在循環體中使用+進行字符串拼接？

以前在閱讀《阿里巴巴Java開發手冊》時，發現有一條是關於循環體中字符串拼接的建議，具體內容以下：

那麼咱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版本爲 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();
    }
}

執行結果以下：

使用 + 拼接:29282
使用 StringBuilder 拼接:4

爲何這兩種方法的時間會差這麼多呢？接下來讓咱們一塊兒進一步研究。

爲何 StringBuilder 比 + 快這麼多？

從字節碼層面來看下，爲何循環體中字符串拼接 StringBuilder 比 + 快這麼多？

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() 方法的字節碼以下：

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

能夠看出，第 8 行到第 38 行構成了一個循環體：在第 8 行的時候作條件判斷，若是不知足循環條件，則跳轉到 41 行。編譯器作了必定程度的優化，在 11 行 new 了一個 StringBuilder 對象，而後再 19 行、23 行、28 行進行了三次 append() 方法的調用，不過每次循環都會從新 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，能夠看出，在第4行（循環體外）就構建好了 StringBuilder 對象，而後再循環體內只進行 append() 方法的調用。

由此能夠看出，在 for 循環中，使用 + 進行字符串拼接，每次都是 new 了一個 StringBuilder，而後再把 String 轉成 StringBuilder，再進行 append，而頻繁的新建對象不只要耗費不少時間，還會形成內存資源的浪費。這就從字節碼層面解釋了爲何不建議在循環體內使用 + 去進行字符串的拼接。

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

使用 + 拼接字符串

在 Java 開發中，最簡單經常使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;

反編譯後的內容以下：（使用的反編譯工具爲 jad）

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

經過查看反編譯之後的代碼，能夠發現，在字符串常量在拼接過程當中，是將 String 轉成了 StringBuilder 後，使用其 append() 方法進行處理的。

那麼也就是說，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 方法就是第二個經常使用的字符串拼接姿式了。

和 String 類相似，StringBuilder 類也封裝了一個字符數組，定義以下：

char[] value;

與 String 不一樣的是，它並非 final 的，因此是能夠修改的。另外，與 String 不一樣，字符數組中不必定全部位置都已經被使用，它有一個實例變量，表示數組中已經使用的字符個數，定義以下：

int count;

其 append() 方法源碼以下：

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 是否是 null，若是是，調用 appendNull() 方法進行處理，appendNull() 方法的源碼以下：

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;
}

若是字符串 str 不爲 null，則判斷拼接後的字符數組長度是否超過當前數組長度，若是超過，則調用 Arrays.copyOf() 方法進行擴容並複製，ensureCapacityInternal() 方法的源碼以下：

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

最後，將拼接的字符串 str 複製到目標數組 value 中。

str.getChars(0, len, value, count);

總結

本文針對《阿里巴巴Java開發手冊》中的循環體中拼接字符串建議出發，從字節碼層面，來解釋爲何 StringBuilder 比 + 快，還分別介紹了字符串拼接中 + 和 StringBuilder 的原理，所以在循環體拼接字符串時，應該使用 StringBuilder 的 append() 去完成拼接。