手把手實例對比String、StringBuilder字符串的鏈接效率及StringBuilder和StringBuffer線程安全的比較

時間  2019-11-08
標籤 手把手 實例 對比 string stringbuilder 字符串 鏈接 效率 stringbuffer 線程 安全 比較 欄目 Java 简体版
原文   原文鏈接

1、字符串鏈接的效率問題

使用String鏈接字符串時爲何慢？

小知識點

java中對數組進行初始化後，該數組所佔的內存空間、數組長度都是不可變的。java

建立一個字符串，爲字符串對象分配內存空間，會耗費掉必定的時間(CPU)與空間(內存)代價，做爲最基礎的數據類型，大量頻繁的建立字符串，極大程度地影響程序的性能。數組

過多無用的中間對象

每次鏈接字符串時都會建立一個新的String對象，隨着拼接次數的增多，這個對象會愈來愈大。 如，進行100次拼接須要建立100個String對象纔可以達到目的。a安全

StringBuilder在鏈接時爲何效率更高？

字符數組的擴容機制:

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
		 // 最小所需容量minimumCapacity是否比原數組長度要長
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0) {
            value = Arrays.copyOf(value,
                    newCapacity(minimumCapacity));
        }
    }
    
private int newCapacity(int minCapacity) {
		 // 計算擴容以後的容量newCapacity
        // overflow-conscious code
        int newCapacity = (value.length << 1) + 2;
        // 擴容後還小於所需的最小容量
        if (newCapacity - minCapacity < 0) {
        	// 設置新容量爲最小所需容量minimumCapacity
            newCapacity = minCapacity;
        }
        // newCapacity是否溢出，newCapacity是否比數組所能分配的最大容量 MAX_ARRAY_SIZE 還要大。
        return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
            ? hugeCapacity(minCapacity)
            : newCapacity;
    }

    private int hugeCapacity(int minCapacity) {
    	// 最小所需容量minCapacity大於Integer.MAX_VALUE時拋出內存溢出異常
        if (Integer.MAX_VALUE - minCapacity < 0) { // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        }
        // 若是minCapacity介於MAX_ARRAY_SIZE和Integer.MAX_VALUE之間，則新的容量爲minCapacity，不然直接使用MAX_ARRAY_SIZE做爲新的容量。
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE)
            ? minCapacity : MAX_ARRAY_SIZE;
    }
複製代碼

向原StringBuilder對象中追加字符串時：bash

1.追加對象str爲null時追加'null'字符併發

2.確認是否須要進行擴容操做app

2.1 最小所需容量minimumCapacity是否比原數組長度要長，即當原數組長度不能知足所需最小容量時進行擴容操做。  
2.2 計算擴容以後的容量newCapacity，newCapacity = (value.length * 2) + 2。  
2.3 擴容後是否還小於所需的最小容量，若是小於則直接設置新容量爲最小所需容量minimumCapacity。  
2.4 newCapacity是否溢出，newCapacity是否比數組所能分配的最大容量 MAX_ARRAY_SIZE 還要大。若是是的話則判斷，最小所需容量minCapacity大於Integer.MAX_VALUE時拋出內存溢出異常，若是minCapacity介於MAX_ARRAY_SIZE和Integer.MAX_VALUE之間，則新的容量爲minCapacity，不然直接使用MAX_ARRAY_SIZE做爲新的容量。  
複製代碼

3.str.getChars()將str追加到value的末尾ide

效率高的緣由

  1. 擴容機制保證了，只有在知足擴容條件 minimumCapacity - value.length > 0 時纔會進行擴容生成新的數組，因此大部分狀況都是在對原數組進行操做，避免了產生過多的無用char[]對象，節省了系統資源的開銷。

代碼

/**
 * 比較字符串鏈接速度
 *
 * @Author: lingyejun
 * @Date: 2019/8/17
 * @Describe:
 * @Modified By:
 */
public class LinkCompare {

    /**
     * 原始字符串鏈接
     *
     * @param times
     */
    public static void linkByString(int times) {

        Long startTime = System.currentTimeMillis();

        String initStr = "";
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            initStr = initStr + i;
        }

        Long endTime = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("String 鏈接 " + times + " 次 消耗:" + (endTime - startTime) + "ms");
    }

    /**
     * 使用StringBuilder鏈接字符串
     *
     * @param times
     */
    public static void linkByStringBuilder(int times) {

        Long startTime = System.currentTimeMillis();

        StringBuilder initStr = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            initStr.append(i);
        }

        Long endTime = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("StringBuilder 鏈接 " + times + " 次 消耗:" + (endTime - startTime) + "ms");
    }


    /**
     * 使用StringBuffer鏈接字符串
     *
     * @param times
     */
    public static void linkByStringBuffer(int times) {

        Long startTime = System.currentTimeMillis();

        StringBuffer initStr = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            initStr.append(i);
        }

        Long endTime = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("StringBuffer 鏈接 " + times + " 次 消耗:" + (endTime - startTime) + "ms");
    }


    public static void main(String[] args) {

        // 100000000
        linkByStringBuilder(40000);
        //-XX:+PrintGCDetails
        //linkByString(40000);

    }
}

複製代碼

2、StringBuilder和String Buffer的線程安全比較

驗證StringBuffer的線程安全性

線程不安全的緣由

public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }
    
public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }
複製代碼

測試代碼

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * StringBuilder和StringBuffer的併發測驗
 *
 * @Author: lingyejun
 * @Date: 2019/8/17
 * @Describe:
 * @Modified By:
 */
public class SecurityCompare {

    public void stringBuilderTest() {

        // 初始化StringBuilder
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

        // joinList
        List<StringBuilderThread> joinList = new ArrayList<>();

        // 模擬併發場景
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            StringBuilderThread sbt = new StringBuilderThread(stringBuilder);
            sbt.start();
            joinList.add(sbt);
        }

        // 等待append線程執行完畢後再執行主線程
        for (StringBuilderThread thread : joinList) {
            try {
                thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 打印最終的結果
        System.out.println("StringBuilder 併發append的結果： " + stringBuilder.length());
    }

    public void stringBufferTest() {

        // 初始化StringBuffer
        StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();

        // joinList
        List<StringBufferThread> joinList = new ArrayList<>();

        // 模擬併發場景
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            StringBufferThread sbf = new StringBufferThread(stringBuffer);
            sbf.start();
            joinList.add(sbf);
        }

        // 等待append線程執行完畢後再執行主線程
        for (StringBufferThread thread : joinList) {
            try {
                thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 打印最終的結果
        System.out.println("StringBuffer 併發append的結果： " + stringBuffer.length());
    }


    public static void main(String[] args) {

        SecurityCompare securityCompare = new SecurityCompare();

        securityCompare.stringBuilderTest();
        securityCompare.stringBufferTest();

    }

    public static class StringBuilderThread extends Thread {

        private StringBuilder stringBuilder;

        public StringBuilderThread(StringBuilder stringBuilder) {
            this.stringBuilder = stringBuilder;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            stringBuilder.append("a");
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    private static class StringBufferThread extends Thread {

        private StringBuffer stringBuffer;

        public StringBufferThread(StringBuffer stringBuffer) {
            this.stringBuffer = stringBuffer;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            stringBuffer.append("a");
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }
}

複製代碼

3、結論

1.String爲固定長度的字符串，StringBuilder和StringBuffer爲變長字符串。
2.StringBuffer是線程安全的，StringBuilder是非線程安全的。
3.StringBuilder和StringBuffer的默認初始容量是16，能夠提早預估好字符串的長度，進一步減小擴容帶來的額外開銷。性能

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