java-- 字符串+拼接详解, 性能调优 (底层原理实现)

简介: java-- 字符串+拼接详解, 性能调优 (底层原理实现)


简单了解一下字符串

       字符串在java中, 是非常常用的一个引用的数据类型, 在java中没有专门提供一个字符串类型, 而是提供一个与之对应的类, 这个类可以和基本数据类型所对应的包装类进行横向对比. 例如, String类和Integer类里面都提供了可以供我们管理这些数据的方法, 例如String类里面有toString, toUppercase. toCharArray, 等等方法, Integer里面有parseInt, intValue, 等方法

       今天我们主要了解一下String类的情况.

String类里面是如何存放字符串的?

private final char value[];


/** Cache the hash code for the string */

private int hash; // Default to 0


原来里面是有一个value的字符数组, 一个字符串被分为一个一个字母, 存放在这个字符数组里面.

String的不可变性

       为什么String类是不可变的?? 因为存放这个字符串的字符数字是使用private修饰的, 也就是说, 在这个包外面, 无法对这个value进行直接的访问(外界是看不到这个value字符数组的), 同时这个value数组被final修饰, 代表他不能被修改指向, 同时包里面也没有提供方法来修改这个字符数组里面的内容, 所以说无论怎么样这个字符数组都是不可变的. 一旦创建, 就不能改变.

       这样子设计有很多好处, 比如可以缓存hashcode, 也可以使用更加安全和便利.

下面来介绍一下字符串拼接的四种常用方法

字符串拼接的方法

1.使用+拼接字符串

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello";
        String b = "world";
        String c = a + b;
        System.out.println(c);
    }
}

        这里需要特别说明的一点事, 这里的加法 是java中提供的一个语法糖, 这个语法糖就例如基础类型对应的包装类的自动装拆箱一样.

       什么是语法糖? 语法糖, 也被翻译成为糖衣语法, 是由英国计算机科学家, 彼得兰丁发明的一个术语, 这种语法对语言的功能没有影响, 但是更方便程序员使用, 语法糖让程序更加简洁, 有更高的可读性.

       此外, +号除了可以拼接字符串和字符串, 还可以拼接其他基本数据类型, 例如Boolean类型, 如下:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello ";
        boolean b = false;
        String c = a + b;
        System.out.println(c);
    }
}

2. 使用concat

       除了使用+号之外, 还可以使用String类中提供的方法, concat来拼接字符串, 例如

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello ";
        String b = "world";
        String c = a.concat(b);
        System.out.println(c);
    }
}

3. 使用StringBuilder

       关于字符串, java中除了定义了一个不可变的字符串String类之外, 还提供了可以修改的字符串类, 也就是StringBuilder类, 它的对象是可以修改的.

       StringBuilder里面提供了很多方法可以多字符串进行修改, 例如append方法, 直接在字符串对象后面追加字符串, 或者是使用insert直接在指定位置插入(也是一种修改). 这里我们只参考append的情况. 使用append的案例如下:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("hello");
        String a = " world";
        StringBuilder b = stringBuilder.append(a);
        System.out.println(b);
    }
}

4.StringBuffer

       StringBuffer其语法和StringBuilder一致, 只不过StringBuffer里面提供的方法都是线程安全的.这后面讲解.




       以上几种常用的字符串拼接, 到底哪种更好用, 为什么我们常说, 循环里面不建议使用+进行字符串拼接呢??

       下面我们一一来解答.

使用+字符串拼接的原理

       前面提到的使用+进行拼接, 只是java的语法糖, 看看它内部原理是怎么实现的.

有如下代码:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "abc";
        String b = "def";
        String c = "abc" + "def";
        String d = a + "def";
        String e = "abc" + b;
        String f = a + b;
        String g = "abcdef";
    }
}

我们使用jad来反编译生成的字节码文件, 看看结果.

public class Test
{
 
    public Test()
    {
    }
 
    public static void main(String args[])
    {
        String a = "abc";
        String b = "def";
        String c = "abcdef";
        String d = (new StringBuilder()).append(a).append("def").toString();
        String e = (new StringBuilder()).append("abc").append(b).toString();
        String f = (new StringBuilder()).append(a).append(b).toString();
        String g = "abcdef";
    }
}

还有另外一个情况如下:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = new String("abc") + "abc";
    }
}

其反编译结果如下:

public class Test
{
 
    public Test()
    {
    }
 
    public static void main(String args[])
    {
        String a = (new StringBuilder()).append(new String("abc")).append("abc").toString();
    }
}

我们总结一下字符串+拼接:

总结:

       对于+拼接字符串的过程, 拼接的多个字符串中出现了new关键字, 或者是出现了其他字符串的引用的情况, 就会先生成一个StringBuilder对象, 然后使用这个对象的append方法追加字符串, 随后调用StringBuilder的toString方法, toString方法的实现如下:

    public String toString() {
        // Create a copy, don't share the array
        return new String(value, 0, count);
    }
    public String(char value[], int offset, int count) {
        if (offset < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
        }
        if (count <= 0) {
            if (count < 0) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
            }
            if (offset <= value.length) {
                this.value = "".value;
                return;
            }
        }
        // Note: offset or count might be near -1>>>1.
        if (offset > value.length - count) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
        }
        this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
    }

我们来解释一下这个String的构造方法:

       offset为从指定位置开始赋值, 往后赋值count个字符, 如果offset和count < 0就跑出异常. 并且如果 offset <= value数组的长度并且count的值为0的话就将String里面的value构造为空值, 可以理解为返回一个空字符串. 如果offset > value.length - count就会产生越界, 除了上面这些情况之外, 其他情况都满足要求, 于是就将使用Arrays.copyOfRange方法来copy字符数组, 将value数组里面从offset开始, 复制到下标为offset + count的位置到原来new String 的value里面, 然后返回, 于是就构造好了一个新的字符串.

       需要注意一下的是, 这里StringBuilder里面的toString本质上还是一个new 的String:

       我们知道, 我们java内存空间里面, 堆区是有我们程序员控制的, 一切new出来的对象, 都存在于堆区(都会在堆区重新申请一块新内存).

所以如果有如下问题:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "abc";
        String b = "def";
        String c = "abc" + "def";
        String d = a + "def";
        String e = "abc" + b;
        String f = a + b;
        String g = "abcdef";
        System.out.println(c ==g); // 1
        System.out.println(c == d);  // 2
        System.out.println(c == f); // 3
        System.out.println(f == g); // 4
        System.out.println(c == g); // 5
    }
}

问: 1 2 3 4 5分贝输出什么??

答案如下:

为什么??  因为只要有变量或者是new关键字参与的字符串+拼接, 都会在底层先新建一个StringBuilder对象, 然后使用append追加, 随后使用toString方法返回一个在堆区存放的字符串. 因此有如图所示的情况.

使用concat

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello";
        a = a.concat(" world");
        System.out.println(a);
    }
}

我们来看一下concat原码

    public String concat(String str) {
        int otherLen = str.length();
        if (otherLen == 0) {
            return this;
        }
        int len = value.length;
        char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
        str.getChars(buf, len);
        return new String(buf, true);
    }

       从本质上看还是使用Arrays.copyOf的方法, 将字符串从老字符串里面的内容先拷贝到新字符串,并提前扩容, 然后将追加的字符串str里面的内容追加到buf中, 随后返回这个buf数组的String形式. 但其实末尾还是new了一个String对象.

StringBuilder

       我们来看看StringBuilder的组成:

       和String类似, StringBuilder也封装了一个字符数组, 然后还多了一个count属性, 用来描述这个数组中已经使用的字符个数.

       其append原码如下:

    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }
    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;
    }

       从源码上看, append会确认容量之后, 直接拷贝字符串到内部.

其中getChars的声明如下:

参数如下:

也就是说会将str中的全部字符全部存入value数组的后面, 然后返回

StringBuffer和StringBuilder差不多, 这里不单独阐述, 只是StringBuffer里面的方法都是synchronized声明的, 是一个线程安全的类.

效率比较

       这么多字符串拼接, 我们还是需要来看一下, 哪一种效率会跟高. 简单对比一下, 如下:

long t1 = System.currentTimeMillis();
//这里是初始字符串定义
for (int i = 0; i &lt; 50000; i++) {
   //这里是字符串拼接代码
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("cost:" + (t2 - t1));
 

我们使用形如以上形式的代码,分别测试下五种字符串拼接代码的运行时间。得到结果如下:

+ cost:5119
StringBuilder cost:3
StringBuffer cost:4
concat cost:3623
StringUtils.join cost:25726

从里面可以看出来.

StringBuilder < StringBuffer < concat < +

  • StringBuffer在StringBuilder的基础上,做了同步处理,所以在耗时上会相对多一些
  • 字符串+拼接在for循环里面, 如果有变量或者是new关键词参与拼接, 那么就会每次都new出一个StringBuilder对象, 然后使用append方法, 随后又使用toString方法来new一个对应的String类, 这样繁琐的创建对象, 不仅消耗时间, 还会消耗内存资源
  • 对于StringBuffer, 里面使用线程安全的synchronized来修饰方法, 自然会比StringBuilder慢一下, 至于为什么, 可以看我前面的多线程的文章.

所以,阿里巴巴Java开发手册建议:循环体内,字符串的连接方式,使用 StringBuilder 的 append 方法进行扩展。而不要使用+。

目录
相关文章
|
15天前
|
缓存 算法 Java
Java 实现的局域网管控软件的性能调优
局域网管控软件在企业网络管理中至关重要,但随着网络规模扩大和功能需求增加,其性能可能受影响。文章分析了数据处理效率低下、网络通信延迟和资源占用过高等性能瓶颈,并提出了使用缓存、优化算法、NIO库及合理管理线程池等调优措施,最终通过性能测试验证了优化效果,显著提升了软件性能。
29 1
|
6天前
|
存储 安全 Java
Java零基础-字符串详解
【10月更文挑战第18天】Java零基础教学篇,手把手实践教学!
89 60
|
3天前
|
监控 前端开发 Java
Java SpringBoot –性能分析与调优
Java SpringBoot –性能分析与调优
|
6天前
|
Java 数据库连接 数据库
优化之路:Java连接池技术助力数据库性能飞跃
在Java应用开发中,数据库操作常成为性能瓶颈。频繁的数据库连接建立和断开增加了系统开销,导致性能下降。本文通过问题解答形式,深入探讨Java连接池技术如何通过复用数据库连接,显著减少连接开销,提升系统性能。文章详细介绍了连接池的优势、选择标准、使用方法及优化策略,帮助开发者实现数据库性能的飞跃。
16 4
|
4天前
|
Java 数据库连接 数据库
深入探讨Java连接池技术如何通过复用数据库连接、减少连接建立和断开的开销,从而显著提升系统性能
在Java应用开发中,数据库操作常成为性能瓶颈。本文通过问题解答形式,深入探讨Java连接池技术如何通过复用数据库连接、减少连接建立和断开的开销,从而显著提升系统性能。文章介绍了连接池的优势、选择和使用方法,以及优化配置的技巧。
10 1
|
11天前
|
存储 缓存 算法
提高 Java 数组性能的方法
【10月更文挑战第19天】深入探讨了提高 Java 数组性能的多种方法。通过合理运用这些策略,我们可以在处理数组时获得更好的性能表现,提升程序的运行效率。
14 2
|
23天前
|
Java 数据库
案例一:去掉数据库某列中的所有英文,利用java正则表达式去做,核心:去掉字符串中的英文
这篇文章介绍了如何使用Java正则表达式从数据库某列中去除所有英文字符。
36 15
|
8天前
|
监控 安全 Java
在 Java 中使用线程池监控以及动态调整线程池时需要注意什么?
【10月更文挑战第22天】在进行线程池的监控和动态调整时,要综合考虑多方面的因素,谨慎操作,以确保线程池能够高效、稳定地运行,满足业务的需求。
79 38
|
5天前
|
安全 Java
java 中 i++ 到底是否线程安全?
本文通过实例探讨了 `i++` 在多线程环境下的线程安全性问题。首先,使用 100 个线程分别执行 10000 次 `i++` 操作,发现最终结果小于预期的 1000000,证明 `i++` 是线程不安全的。接着,介绍了两种解决方法:使用 `synchronized` 关键字加锁和使用 `AtomicInteger` 类。其中,`AtomicInteger` 通过 `CAS` 操作实现了高效的线程安全。最后,通过分析字节码和源码,解释了 `i++` 为何线程不安全以及 `AtomicInteger` 如何保证线程安全。
java 中 i++ 到底是否线程安全?
|
7天前
|
安全 Java
在 Java 中使用实现 Runnable 接口的方式创建线程
【10月更文挑战第22天】通过以上内容的介绍,相信你已经对在 Java 中如何使用实现 Runnable 接口的方式创建线程有了更深入的了解。在实际应用中,需要根据具体的需求和场景,合理选择线程创建方式,并注意线程安全、同步、通信等相关问题,以确保程序的正确性和稳定性。