java int转String全部方式的效率对照与深入解析

Posted 2020-09-30 mfmdaoyou

　　在java中，大家肯定都会遇到int类型转String类型的情形，知其然知其所以然。总结加分析一下，int类型转String类型有下面几种方式：　　

1. a+”“
2. String.valueOf(a)
3. Integer.toString(a)

　　以上三种方法在实际使用过程中都是没有问题的，可是效率上还是有些许区别的，所以写个小程序来对照一下他们的效率：

int a = 123456789;
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i=0; i<100000; i++){
    String m = a+"";
}
long end = System.currentTimeMillis();
Log.e("time", "a+\"\" = " + (end - start));

start = System.currentTimeMillis();
for (int i=0; i<100000; i++){
    String n = String.valueOf(a);
}
end = System.currentTimeMillis();
Log.e("time", "String.valueOf(a) = " +(end-start));

start = System.currentTimeMillis();
for (int i=0; i<100000; i++){
    String n = Integer.toString(a);
}
end = System.currentTimeMillis();
Log.e("time", "Integer.toString(a) = " +(end-start));

最后打印出来的运行时间：

E/time: a+"" = 257
E/time: String.valueOf(a) = 140
E/time: Integer.toString(a) = 159

能够看到在效率上除了a+”“这样的方式之外，其它两种方式的效率差点儿相同。为什么呢？看源代码！

String.valueOf(a) && Integer.toString(a)

　　先看看后两种方式的源代码：
String.valueOf(a)->Integer.toString(a)->IntegralToString.intToString(a)->convertInt(null, a)

Integer.toString(a)->IntegralToString.intToString(a)->convertInt(null, a)
能够看到String.valueOf是通过调用Integer.toString实现的，也难怪他们的效率如此接近。

他们最后都会调用到convertInt函数中：

private static String convertInt(AbstractStringBuilder sb, int i) {
    boolean negative = false;
    String quickResult = null;
    if (i < 0) {
        negative = true;
        i = -i;
        if (i < 100) {
            if (i < 0) {
                // If -n is still negative, n is Integer.MIN_VALUE
                quickResult = "-2147483648";
            } else {
                quickResult = SMALL_NEGATIVE_VALUES[i];
                if (quickResult == null) {
                    SMALL_NEGATIVE_VALUES[i] = quickResult =
                            i < 10 ? stringOf(‘-‘, ONES[i]) : stringOf(‘-‘, TENS[i], ONES[i]);
                }
            }
        }
    } else {
        if (i < 100) {
            quickResult = SMALL_NONNEGATIVE_VALUES[i];
            if (quickResult == null) {
                SMALL_NONNEGATIVE_VALUES[i] = quickResult =
                        i < 10 ?
 stringOf(ONES[i]) : stringOf(TENS[i], ONES[i]);
            }
        }
    }
    if (quickResult != null) {
        if (sb != null) {
            sb.append0(quickResult);
            return null;
        }
        return quickResult;
    }

    int bufLen = 11; // Max number of chars in result
    char[] buf = (sb != null) ?
 BUFFER.get() : new char[bufLen];
    int cursor = bufLen;

    // Calculate digits two-at-a-time till remaining digits fit in 16 bits
    while (i >= (1 << 16)) {
        // Compute q = n/100 and r = n % 100 as per "Hacker‘s Delight" 10-8
        int q = (int) ((0x51EB851FL * i) >>> 37);
        int r = i - 100*q;
        buf[--cursor] = ONES[r];
        buf[--cursor] = TENS[r];
        i = q;
    }

    // Calculate remaining digits one-at-a-time for performance
    while (i != 0) {
        // Compute q = n/10 and r = n % 10 as per "Hacker‘s Delight" 10-8
        int q = (0xCCCD * i) >>> 19;
        int r = i - 10*q;
        buf[--cursor] = DIGITS[r];
        i = q;
    }

    if (negative) {
        buf[--cursor] = ‘-‘;
    }

    if (sb != null) {
        sb.append0(buf, cursor, bufLen - cursor);
        return null;
    } else {
        return new String(cursor, bufLen - cursor, buf);
    }
}

分析一下，这个函数的工作主要能够分为这几步：

1. 假设a为负数。将a变成正数，假设a还小于0，直接置为Integer.MIN_VALUE；假设a小于100。则直接使用TENS和ONES数组进行高速计算得出结果。加上’-‘号。直接返回该结果。

2. 假设a为正数而且小于100。直接使用TENS和ONES数组进行高速计算得出结果返回。

3. 假设上面两步没有处理完，说明a是大于100的数字，无法直接使用TENS和ONES数组进行高速计算。处理方式就是2位为一步循环处理，每次将这两位使用TENS和ONES数组进行高速计算得出这两位的结果存在数组的对应位置。直到仅仅剩一位。最后剩下的一位使用DIGITS数组得出16进制的结果放在最后。返回结果。

　　那么问题来了。当a>=100的时候，那两次while循环为什么会使用0x51EB851FL和0xCCCD这两个数字呢？这个问题不要问我，我也不知道，只是源代码作者凝视写的非常明确了：
// Compute q = n/100 and r = n % 100 as per "Hacker‘s Delight" 10-8
// Compute q = n/10 and r = n % 10 as per "Hacker‘s Delight" 10-8
去看《Hacker’s Delight》的10-8章。
　　接着另一个问题是TENS和ONES数组，直接看代码。一目了然：

/** TENS[i] contains the tens digit of the number i, 0 <= i <= 99. */
private static final char[] TENS = {
        ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘, ‘0‘,
        ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘, ‘1‘,
        ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘, ‘2‘,
        ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘, ‘3‘,
        ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘, ‘4‘,
        ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘, ‘5‘,
        ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘, ‘6‘,
        ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘, ‘7‘,
        ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘, ‘8‘,
        ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘, ‘9‘
};

/** Ones [i] contains the tens digit of the number i, 0 <= i <= 99. */
private static final char[] ONES = {
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
        ‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘,
};

每一个数组都是100的长度，都是用来处理0~99这100个数字，个位和十位的处理方式也非常清楚。

　　从代码角度来看，这个算法在数字小于100的和大于100的处理方式是不一样的，小于100的高速计算法运行时间会远远短于大于100的方式。验证一下。将a变量改动为10：

E/time: i+"" = 199
E/time: String.valueOf() = 7
E/time: Integer.toString() = 6

确实短了非常多。！！

a+”“

　　再来看看a+”“的方式，我承认这样的方式我用的最多了，由于太简单了，java源代码对’+’运算符进行了重载。源代码我找不到啊，只是从网上找一些资料：

The Java language provides special support for the string concatenation operator ( + ), and for conversion of other objects to strings. String concatenation is implemented through the StringBuilder(or StringBuffer) class and its append method. String conversions are implemented through the method toString, defined by Object and inherited by all classes in Java. For additional information on string concatenation and conversion, see Gosling, Joy, and Steele, The Java Language Specification.

地址：http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/lang/String.html

能够看到，’+’运算符的主要方式是使用StringBuilder或者StringBuffer来实现的。相似于：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("");
sb.append(i);
String strI = sb.toString();

再来看看append的源代码：
StringBuffer.append->IntegralToString.appendInt(this, a)->convertInt(sb, i)
能够看到’+’运算符最后也是调用到了同一个函数。仅仅只是第一个參数的sb不为null而已。所以已经非常清楚了，’+’运算符的运行效率不高的原因应该就在之前的new StringBuilder等操作和之后的StringBuilder.toString等操作，反编译class文件也能够得出一样的结论：
http://stackoverflow.com/a/4105406。

　　所以a+”“的方式以后就少用一点了，效率不高，也显得不太专业。

扩展

　　String 扩展的相关知识：
常量池的内存分配在 JDK6、7、8中有不同的实现：
1. JDK6及之前版本号中，常量池的内存在永久代PermGen进行分配。所以常量池会受到PermGen内存大小的限制。
2. JDK7中，常量池的内存在Java堆上进行分配。意味着常量池不受固定大小的限制了。

3. JDK8中，虚拟机团队移除了永久代PermGen。
关于永久代移除：http://www.infoq.com/cn/articles/Java-PERMGEN-Removed
样例1：

public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "java";
        String b = "java";
        String c = "ja" + "va";
    }
}

变量 a、b 和 c 都指向常量池的 “java” 字符串，表达式 “ja” + “va” 在编译期间会把结果值”java”直接赋值给c。所以终于的结果 a==c 为 true。

样例2：

public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello ";
        String b = "world";
        String c = a + b;
        String d = "hello world";
    }
}

我们依据上面知道在 java 中 “+” 运算符实际上是使用 StringBuilder.append 去实现的。所以此时会在 Java 堆上新建一个 String 对象，这个 String 对象终于指向常量池的 “hello world”。所以说此时 c==d 为 false。

只是有种特殊情况。当final修饰的变量发生连接动作时，编译器会进行优化，将表达式结果直接赋值给目标变量：

public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        final String a = "hello ";
        final String b = "world";
        String c = a + b;
        String d = "hello world";
    }
}

所以此时 c==d 为 true。

引用

http://www.importnew.com/21711.html
http://www.importnew.com/21720.html