在Java中连接字符串时是使用+号还是使用StringBuilder

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类已经重载了"+"。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 0:aload_0


// 1 1:invokespecial #8 <Method void Object()>


// 2 4:return


}




public static void main(String args[])




...{


String s = "abc";


// 0 0:ldc1 #16 <String "abc">


// 1 2:astore_1


String ss = (new StringBuilder("ok")).append(s).append("xyz").append(5).toString();


// 2 3:new #18 <Class StringBuilder>


// 3 6:dup


// 4 7:ldc1 #20 <String "ok">


// 5 9:invokespecial #22 <Method void StringBuilder(String)>


// 6 12:aload_1


// 7 13:invokevirtual #25 <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>


// 8 16:ldc1 #29 <String "xyz">


// 9 18:invokevirtual #25 <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>


// 10 21:iconst_5


// 11 22:invokevirtual #31 <Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>


// 12 25:invokevirtual #34 <Method String StringBuilder.toString()>


// 13 28:astore_2


System.out.println(ss);


// 14 29:getstatic #38 <Field PrintStream System.out>


// 15 32:aload_2


// 16 33:invokevirtual #44 <Method void PrintStream.println(String)>


// 17 36:return


}


}



读者可能看到上面的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 0:aload_0


// 1 1:invokespecial #8 <Method void Object()>


// 2 4:return


}




public static void main(String args[])




...{


String s = "";


// 0 0:ldc1 #16 <String "">


// 1 2:astore_1


Random rand = new Random();


// 2 3:new #18 <Class Random>


// 3 6:dup


// 4 7:invokespecial #20 <Method void Random()>


// 5 10:astore_2


for(int i = 0; i < 10; i++)


//* 6 11:iconst_0


//* 7 12:istore_3


//* 8 13:goto 49


s = (new StringBuilder(String.valueOf(s))).append(rand.nextInt(1000)).append(" ").toString();


// 9 16:new #21 <Class StringBuilder>


// 10 19:dup


// 11 20:aload_1


// 12 21:invokestatic #23 <Method String String.valueOf(Object)>


// 13 24:invokespecial #29 <Method void StringBuilder(String)>


// 14 27:aload_2


// 15 28:sipush 1000


// 16 31:invokevirtual #32 <Method int Random.nextInt(int)>


// 17 34:invokevirtual #36 <Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>


// 18 37:ldc1 #40 <String " ">


// 19 39:invokevirtual #42 <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>


// 20 42:invokevirtual #45 <Method String StringBuilder.toString()>


// 21 45:astore_1




// 22 46:iinc 3 1


// 23 49:iload_3


// 24 50:bipush 10


// 25 52:icmplt 16


System.out.println(s);


// 26 55:getstatic #49 <Field PrintStream System.out>


// 27 58:aload_1


// 28 59:invokevirtual #55 <Method void PrintStream.println(String)>


// 29 62:return


}


}



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 0:aload_0


// 1 1:invokespecial #8 <Method void Object()>


// 2 4:return


}




public static void main(String args[])




...{


String s = "";


// 0 0:ldc1 #16 <String "">


// 1 2:astore_1


Random rand = new Random();


// 2 3:new #18 <Class Random>


// 3 6:dup


// 4 7:invokespecial #20 <Method void Random()>


// 5 10:astore_2


StringBuilder result = new StringBuilder();


// 6 11:new #21 <Class StringBuilder>


// 7 14:dup


// 8 15:invokespecial #23 <Method void StringBuilder()>


// 9 18:astore_3


for(int i = 0; i < 10; i++)


//* 10 19:iconst_0


//* 11 20:istore 4


//* 12 22:goto 47




...{


result.append(rand.nextInt(1000));


// 13 25:aload_3


// 14 26:aload_2


// 15 27:sipush 1000


// 16 30:invokevirtual #24 <Method int Random.nextInt(int)>


// 17 33:invokevirtual #28 <Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>


// 18 36:pop


result.append(" ");


// 19 37:aload_3


// 20 38:ldc1 #32 <String " ">


// 21 40:invokevirtual #34 <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>


// 22 43:pop


}




// 23 44:iinc 4 1


// 24 47:iload 4


// 25 49:bipush 10


// 26 51:icmplt 25


System.out.println(result.toString());


// 27 54:getstatic #37 <Field PrintStream System.out>


// 28 57:aload_3


// 29 58:invokevirtual #43 <Method String StringBuilder.toString()>


// 30 61:invokevirtual #47 <Method void PrintStream.println(String)>


// 31 64:return


}


}



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，如在TestStringBuilder.java中的


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 19:iconst_0


//* 11 20:istore 4


//* 12 22:goto 65




...{


result.append((new StringBuilder(String.valueOf(rand.nextInt(1000)))).append(" ").toString());


// 13 25:aload_3


// 14 26:new #21 <Class StringBuilder>


// 15 29:dup


... ...



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。

下面的代码是测试"+"和StringBuilder效率的代码：


public class thinking




...{


private static void usePlus(int n)




...{


long t = System.currentTimeMillis();


String s = "";


for (int i = 0; i < n; i++)


s = s + i;


System.out.println(s);


System.out.println("+:"


+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - t));


}


private static void useStringBuilder(int n)




...{


long t = System.currentTimeMillis();


StringBuilder str = new StringBuilder();


for (int i = 0; i < n; i++)


str.append(i);


System.out.println(str.toString());


System.out.println("StringBuilder:"


+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - t));


}


public static void main(String[] args)




...{


useStringBuilder(2000);


usePlus(2000);


}


}



输出结果

01234567891011121314151617181920212 ... ...
StringBuilder:30
01234567891011121314151617181920212 ... ...
+:151

从上面的输出结果可以看出，使用StringBuilder的效率明显要比"+"高

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