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Java中字符串拼接的一些细节分析

  • 时间:2022-03-11 12:20 编辑: 来源: 阅读:
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摘要:Java中字符串拼接的一些细节分析
工作日忙于项目的逻辑实现,周六有点时间,从书柜里拿出厚厚的英文版Thinking In Java,读到了字符串对象的拼接。参考着这本书做个翻译,加上自己思考的东西,写上这篇文章记录一下。 [b]不可变的String对象[/b] 在Java中,String对象是不可变的(Immutable)。在代码中,可以创建多个某一个String对象的别名。但是这些别名都是的引用是相同的。 比如s1和s2都是”droidyue.com”对象的别名,别名保存着到真实对象的引用。所以s1 = s2
[u]复制代码[/u] 代码如下:
String s1 = "droidyue.com"; String s2 = s1; System.out.println("s1 and s2 has the same reference =" + (s1 == s2));
[b]Java中仅有的重载运算符[/b] 在Java中,唯一被重载的运算符就是字符串的拼接相关的。+,+=。除此之外,Java设计者不允许重载其他的运算符。 [b]拼接剖析[/b] [b]真的有性能代价么[/b] 了解了上面两点,可能会有这样的思考,既然Sting对象不可变,那么多个(三个及以上)字符串拼接必然产生多余的中间String对象。
[u]复制代码[/u] 代码如下:
String userName = "Andy"; String age = "24"; String job = "Developer"; String info = userName + age + job;
要得到上面的info,就会userName和age拼接生成临时一个String对象t1,内容为Andy24,然后有t1和job拼接生成最终我们需要的info对象,这其中,产生了一个中间的t1,而且t1创建之后,没有主动回收,势必会占一定的空间。如果是一个很多(假设上百个,多见于对对象的toString的调用)字符串的拼接,那么代价就更大了,性能一下会降低很多。 [b]编译器的优化处理[/b] 真的会有上面的性能代价么,字符串拼接这么常用,没有特殊的处理优化么,答案是有的,这个优化进行在编译器编译.java到bytecode时。 一个Java程序如果想运行起来,需要经过两个时期,编译时和运行时。在编译时,Java 编译器(Compiler)将java文件转换成字节码。在运行时,Java虚拟机(JVM)运行编译时生成的字节码。通过这样两个时期,Java做到了所谓的一处编译,处处运行。 我们实验一下编译期都做了哪些优化,我们制造一段可能会出现性能代价的代码。
[u]复制代码[/u] 代码如下:
public class Concatenation {   public static void main(String[] args) {       String userName = "Andy";       String age = "24";       String job = "Developer";       String info = userName + age + job;       System.out.println(info);   } }
对Concatenation.java进行编译一下。得到Concatenation.class
[u]复制代码[/u] 代码如下:
javac Concatenation.java
然后我们使用javap反编译一下编译出来的Concatenation.class文件。javap -c Concatenation。如果没有找到javap命令,请考虑将javap所在目录加入环境变量或者使用javap的完整路径。
[u]复制代码[/u] 代码如下:
17:22:04-androidyue~/workspace_adt/strings/src$ javap -c Concatenation Compiled from "Concatenation.java" public class Concatenation {   public Concatenation();     Code:        0: aload_0        1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V        4: return          public static void main(java.lang.String[]);     Code:        0: ldc           #2                  // String Andy        2: astore_1        3: ldc           #3                  // String 24        5: astore_2        6: ldc           #4                  // String Developer        8: astore_3        9: new           #5                  // class java/lang/StringBuilder       12: dup       13: invokespecial #6                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V       16: aload_1       17: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;       20: aload_2       21: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;       24: aload_3       25: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;       28: invokevirtual #8                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;       31: astore        4       33: getstatic     #9                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;       36: aload         4       38: invokevirtual #10                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V       41: return }
其中,ldc,astore等为java字节码的指令,类似汇编指令。后面的注释使用了Java相关的内容进行了说明。 我们可以看到上面有很多StringBuilder,但是我们在Java代码里并没有显示地调用,这就是Java编译器做的优化,当Java编译器遇到字符串拼接的时候,会创建一个StringBuilder对象,后面的拼接,实际上是调用StringBuilder对象的append方法。这样就不会有我们上面担心的问题了。 [b]仅靠编译器优化?[/b] 既然编译器帮我们做了优化,是不是仅仅依靠编译器的优化就够了呢,当然不是。 下面我们看一段未优化性能较低的代码
[u]复制代码[/u] 代码如下:
public void  implicitUseStringBuilder(String[] values) {   String result = "";   for (int i = 0 ; i < values.length; i ++) {       result += values[i];   }   System.out.println(result); }
使用javac编译,使用javap查看
[u]复制代码[/u] 代码如下:
public void implicitUseStringBuilder(java.lang.String[]);     Code:        0: ldc           #11                 // String        2: astore_2        3: iconst_0        4: istore_3        5: iload_3        6: aload_1        7: arraylength        8: if_icmpge     38       11: new           #5                  // class java/lang/StringBuilder       14: dup       15: invokespecial #6                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V       18: aload_2       19: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;       22: aload_1       23: iload_3       24: aaload       25: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;       28: invokevirtual #8                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;       31: astore_2       32: iinc          3, 1       35: goto          5       38: getstatic     #9                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;       41: aload_2       42: invokevirtual #10                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V       45: return
其中8: if_icmpge 38 和35: goto 5构成了一个循环。8: if_icmpge 38的意思是如果JVM操作数栈的整数对比大于等于(i < values.length的相反结果)成立,则跳到第38行(System.out)。35: goto 5则表示直接跳到第5行。 但是这里面有一个很重要的就是StringBuilder对象创建发生在循环之间,也就是意味着有多少次循环会创建多少个StringBuilder对象,这样明显不好。赤裸裸地低水平代码啊。 稍微优化一下,瞬间提升逼格。
[u]复制代码[/u] 代码如下:
public void explicitUseStringBuider(String[] values) {   StringBuilder result = new StringBuilder();   for (int i = 0; i < values.length; i ++) {       result.append(values[i]);   } }
对应的编译后的信息
[u]复制代码[/u] 代码如下:
public void explicitUseStringBuider(java.lang.String[]);     Code:        0: new           #5                  // class java/lang/StringBuilder        3: dup        4: invokespecial #6                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V        7: astore_2        8: iconst_0        9: istore_3       10: iload_3       11: aload_1       12: arraylength       13: if_icmpge     30       16: aload_2       17: aload_1       18: iload_3       19: aaload       20: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;       23: pop       24: iinc          3, 1       27: goto          10       30: return
从上面可以看出,13: if_icmpge 30和27: goto 10构成了一个loop循环,而0: new #5位于循环之外,所以不会多次创建StringBuilder. 总的来说,我们在循环体中需要尽量避免隐式或者显式创建StringBuilder. 所以那些了解代码如何编译,内部如何执行的人,写的代码档次都比较高。 以上文章,如有错误,请批评指正 。
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