Java代碼中字符串拼接方式分析

本文研討的字符串拼接方式為以下4種：“+”號(hào)、StringBuilder、StringJoiner、String#join，對(duì)比分析及探討最佳實(shí)踐。

結(jié)論

后面內(nèi)容比較枯燥，所以先說(shuō)結(jié)論：

  1. 本文研討的字符串拼接方式為以下4種：“+”號(hào)、StringBuilder、StringJoiner、String#join
  2. 在簡(jiǎn)單的字符串拼接場(chǎng)景中「如："a" + "b" + "c"」，以上四種方式性能無(wú)明顯差異。
  3. 在循環(huán)字符串拼接的場(chǎng)景下，使用“+”號(hào)性能最低，其他三種方式性能也無(wú)明顯差異，但是根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果可粗淺發(fā)現(xiàn)，指定初始容量的StringBuilder效率最高。當(dāng)然不光考慮性能，也要考慮垃圾回收效率的問(wèn)題，避免OOM。
  4. 本文最后補(bǔ)充對(duì)比了StringBuffer，在無(wú)爭(zhēng)搶共享資源的場(chǎng)景下，StringBuffer性能并未明顯變差。

最佳實(shí)踐

  1. 阿里巴巴Java開(kāi)發(fā)手冊(cè)-日志規(guī)約「5」可進(jìn)行優(yōu)化：使用占位符的形式可讀性、便捷性不佳，可考慮使用Lambda，延遲字符串的拼接，且使用更加便利。
  2. 阿里巴巴Java開(kāi)發(fā)手冊(cè)-OOP 規(guī)約「23」可進(jìn)行優(yōu)化：循環(huán)拼接時(shí)須使用StringBuilder；在拼接大量的大容量字符串時(shí)，使用StringBuilder盡量指定初始容量。
  3. 簡(jiǎn)單的字符串拼接可用任意方式，推薦直接使用“+”號(hào)拼接，可讀性最優(yōu)。
  4. 盡量使用JDK等直接提供的特性「如“+”號(hào)拼接字符串，Synchronized關(guān)鍵詞等」，因?yàn)榫幾g器+JVM會(huì)持續(xù)對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，JDK升級(jí)即可獲得更大的收益。除非有明確的理由可以自行實(shí)現(xiàn)類似的功能。
  5. 在需要考慮線程安全的場(chǎng)景可以考慮使用StringBuffer進(jìn)行字符串拼接，不過(guò)一般來(lái)說(shuō)沒(méi)有這種需求，故不應(yīng)該使用StringBuffer，避免增加復(fù)雜性。

分析過(guò)程

環(huán)境

  1. 系統(tǒng): windows 10 21H1
  2. JDK: OpenJDK 1.8.0_302
  3. 分析用示例代碼：
@Slf4j
public class StringConcat {

    @SneakyThrows
    public static void main(String[] args) {
        log.info("java虛擬機(jī)預(yù)熱開(kāi)始");
        String[] strs = new String[6000000];
        for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
            strs[i] = id();
        }
        loopStringJoiner(strs);
        loopStringJoin(strs);
        loopStringBuilder(strs);
        log.info("java虛擬機(jī)預(yù)熱結(jié)束");
        Thread.sleep(1000);
        log.info("開(kāi)始測(cè)試：");

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchLoopPlus = Stopwatch.createStarted();
//        loopPlus(strs);
        log.info("loop-plus: " + stopwatchLoopPlus.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchLoopStringBuilderCapacity = Stopwatch.createStarted();
        loopStringBuilderCapacity(strs);
        log.info("loop-stringBuilderCapacity: " + stopwatchLoopStringBuilderCapacity.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchLoopStringBuilder = Stopwatch.createStarted();
        loopStringBuilder(strs);
        log.info("loop-stringBuilder: " + stopwatchLoopStringBuilder.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchLoopJoin = Stopwatch.createStarted();
        loopStringJoin(strs);
        log.info("loop-String.join: " + stopwatchLoopJoin.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchLoopStringJoiner = Stopwatch.createStarted();
        loopStringJoiner(strs);
        log.info("loop-stringJoiner: " + stopwatchLoopStringJoiner.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchSimplePlus = Stopwatch.createStarted();
        for (int i = 0; i < 500000; i++) {
            simplePlus(id(), id(), id());
        }
        log.info("simple-Plus: " + stopwatchSimplePlus.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchSimpleStringBuilder = Stopwatch.createStarted();
        for (int i = 0; i < 500000; i++) {
            simpleStringBuilder(id(), id(), id());
        }
        log.info("simple-StringBuilder: " + stopwatchSimpleStringBuilder.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

        Thread.sleep(1000);
        Stopwatch stopwatchSimpleStringBuffer = Stopwatch.createStarted();
        for (int i = 0; i < 500000; i++) {
            simpleStringBuffer(id(), id(), id());
        }
        log.info("simple-StringBuffer: " + stopwatchSimpleStringBuffer.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));

    }

    private static String loopPlus(String[] strs) {
        String str = "";
        for (String s : strs) {
            str = str + "+" + s;
        }
        return str;
    }

    private static String loopStringBuilder(String[] strs) {
        StringBuilder str = new StringBuilder();
        for (String s : strs) {
            str.append("+");
            str.append(s);
        }
        return str.toString();
    }

    private static String loopStringBuilderCapacity(String[] strs) {
        StringBuilder str = new StringBuilder(strs[0].length() * strs.length);
        for (String s : strs) {
            str.append("+");
            str.append(s);
        }
        return str.toString();
    }

    private static String loopStringJoin(String[] strs) {
        StringJoiner joiner = new StringJoiner("+");
        for (String str : strs) {
            joiner.add(str);
        }
        return joiner.toString();
    }

    private static String loopStringJoiner(String[] strs) {
        return String.join("+", strs);
    }

    private static String simplePlus(String a, String b, String c) {
        return a + "+" + b + "+" + c;
    }

    private static String simpleStringBuilder(String a, String b, String c) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        builder.append(a);
        builder.append("+");
        builder.append(b);
        builder.append("+");
        builder.append(c);
        return builder.toString();
    }

    private static String simpleStringBuffer(String a, String b, String c) {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        buffer.append(a);
        buffer.append("+");
        buffer.append(b);
        buffer.append("+");
        buffer.append(c);
        return buffer.toString();
    }

    private static String id() {
        return UUID.randomUUID().toString();
    }

}

結(jié)果及總結(jié)

- java虛擬機(jī)預(yù)熱開(kāi)始
- java虛擬機(jī)預(yù)熱結(jié)束
- 開(kāi)始測(cè)試：
- loop-plus: 執(zhí)行超時(shí)
- loop-stringBuilderCapacity: 285
- loop-stringBuilder: 1968
- loop-String.join: 1313
- loop-stringJoiner: 1238
- simple-Plus: 812
- simple-StringBuilder: 840
- simple-StringBuffer: 857
  1. 多次測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)在字符串循環(huán)拼接場(chǎng)景下，直接使用“+”號(hào)性能最低，有初始容量的StringBuilder性能最高，其他方式性能均沒(méi)有太大差異。
  2. 多次測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)在字符串簡(jiǎn)單拼接場(chǎng)景下，使用“+”號(hào)、StringBuilder、StringBuffer性能差距在5%左右，可理解為測(cè)試誤差，可認(rèn)為三種方式性能一致。

代碼及結(jié)果分析

1. StringBuilder與StringBuffer對(duì)比

在無(wú)爭(zhēng)搶共享資源的場(chǎng)景下，JVM會(huì)使用偏向鎖等方法優(yōu)化，甚至?xí)M(jìn)行鎖消除，使用Synchronized關(guān)鍵詞與否，性能并無(wú)明顯差異。

2. 字節(jié)碼分析

對(duì)比上述#simplePlus和#simpleStringBuilder兩個(gè)方法的字節(jié)碼，可明顯看到兩方法執(zhí)行內(nèi)容基本一致，但是直接使用"+"號(hào)時(shí)處理流程更短，可見(jiàn)編譯器進(jìn)行了深度優(yōu)化，使用優(yōu)化后的字節(jié)碼理論上會(huì)有更高的性能：

  // access flags 0xA
  private static simplePlus(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
    // parameter  a
    // parameter  b
    // parameter  c
   L0
    LINENUMBER 125 L0
    NEW java/lang/StringBuilder
    DUP
    INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V
    ALOAD 0
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC "+"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC "+"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    ALOAD 2
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    ARETURN
   L1
    LOCALVARIABLE a Ljava/lang/String; L0 L1 0
    LOCALVARIABLE b Ljava/lang/String; L0 L1 1
    LOCALVARIABLE c Ljava/lang/String; L0 L1 2
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 3

  // access flags 0xA
  private static simpleStringBuilder(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
    // parameter  a
    // parameter  b
    // parameter  c
   L0
    LINENUMBER 129 L0
    NEW java/lang/StringBuilder
    DUP
    INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V
    ASTORE 3
   L1
    LINENUMBER 130 L1
    ALOAD 3
    ALOAD 0
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    POP
   L2
    LINENUMBER 131 L2
    ALOAD 3
    LDC "+"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    POP
   L3
    LINENUMBER 132 L3
    ALOAD 3
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    POP
   L4
    LINENUMBER 133 L4
    ALOAD 3
    LDC "+"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    POP
   L5
    LINENUMBER 134 L5
    ALOAD 3
    ALOAD 2
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    POP
   L6
    LINENUMBER 135 L6
    ALOAD 3
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    ARETURN
   L7
    LOCALVARIABLE a Ljava/lang/String; L0 L7 0
    LOCALVARIABLE b Ljava/lang/String; L0 L7 1
    LOCALVARIABLE c Ljava/lang/String; L0 L7 2
    LOCALVARIABLE builder Ljava/lang/StringBuilder; L1 L7 3
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 4
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