用StringBuilder(StringBuffer)#append替代字符串”+”会带来性能提升吗

Posted 2023-02-21 空白-键

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经常看到一些论坛在谈java代码优化的时候讲到要将字符串连接操作”+”换成StringBuilder（或StringBuffer，后面为简单起见，只说StringBuilder）的append操作以提升性能，那么字符串连接使用StringBuilder#append来替代”+”真的会带来性能提升吗？

不忙回答，先看几个例子，代码如下：

public class StringConcat 
    public static void main(String... args) 
        concat1();
        concat2();
        concat3();
    
 
    public static void concat1() 
        String s = "today is " + "a good day";
        System.out.println(s);
    
 
    public static void concat2() 
        int count = 2;
        String tmp = " on the desk";
        String s2 = "there are " + count + " books " + tmp;
        System.out.println(s2);
    
 
    public static void concat3() 
        String s3 = "";
        for(int i=0; i<100; i++) 
            s3 = s3 + i;
        
        System.out.println(s3);
    

接下来分别分析下这三个操作字符串的方法，通过javap命令反编译.class文件:javap -c StringConcat ，获得字节码指令如下（只摘取concat1,concat2,concat3三个方法的）：

public static void concat1();
  Code:
   0:   ldc     #5; //String today is a good day
   2:   astore_0
   3:   getstatic       #6; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   6:   aload_0
   7:   invokevirtual   #7; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   10:  return
 
public static void concat2();
  Code:
   0:   iconst_2
   1:   istore_0
   2:   ldc     #8; //String  on the desk
   4:   astore_1
   5:   new     #9; //class java/lang/StringBuilder
   8:   dup
   9:   invokespecial   #10; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
   12:  ldc     #11; //String there are
   14:  invokevirtual   #12; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   17:  iload_0
   18:  invokevirtual   #13; //Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
   21:  ldc     #14; //String  books
   23:  invokevirtual   #12; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   26:  aload_1
   27:  invokevirtual   #12; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   30:  invokevirtual   #15; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
   33:  astore_2
   34:  getstatic       #6; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   37:  aload_2
   38:  invokevirtual   #7; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   41:  return
 
public static void concat3();
  Code:
   0:   ldc     #16; //String
   2:   astore_0
   3:   iconst_0
   4:   istore_1
   5:   iload_1
   6:   bipush  100
   8:   if_icmpge       36
   11:  new     #9; //class java/lang/StringBuilder
   14:  dup
   15:  invokespecial   #10; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
   18:  aload_0
   19:  invokevirtual   #12; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   22:  iload_1
   23:  invokevirtual   #13; //Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
   26:  invokevirtual   #15; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
   29:  astore_0
   30:  iinc    1, 1
   33:  goto    5
   36:  getstatic       #6; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   39:  aload_0
   40:  invokevirtual   #7; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

来分析下三个方法的字节码含义

在concat1中，是两个字面值（字符串常量）的连接，从concat1的字节码的第0条（0: ldc #5; //String today is a good day）可以看到，该方法直接从常量池加载”String today is a good day”，也就是说，String s = “today is ” + “a good day”;这条语句在编译后已经变成了一个字符串，等效于String s = “String today is a good day”，运行期间根本无需做连接操作了，所以对于字符串字面值的连接，使用StringBuilder是没有任何意义的。

在concat2中，是变量参与字符串的连接。从反编译的字节码中可以看出，编译期间已经转换成了StringBuilder的append操作，

String s2 = "there are " + count + " books " + tmp;

语句在编译之后已经等效于（即[5,30]之间的指令）：

String s2 = new StringBuilder().append("there are ").append(count).append(" books").append(tmp).toString();

由此可见，在这样的字符串连接代码里显式使用new StringBuilder().append并不会带来性能的提升，因为String的“+”操作符在编译的时候已经被转换成new StringBuilder().append了。当然，StringBuilder可以传入一个int参数，作为其初始容量，这在生成的代码中是没法做到的，而只有程序可以控制。

最后看concat3，for循环中使用字符串连接，最后在for循环外使用连接后的字符串。字节码中的[11,29]之间是循环体，很容易发现，循环体中做了new StringBuilder的操作，字节码代表的代码含义如下：

String s3 = "";
for(int i=0; i<100; i++) 
    s3 = new StringBuilder().append(s3).append(i).toString();

在这种情况下，编译器的优化并不如我们的意 ，我们想要的优化代码是这样的：

String s3 = "";
StringBuilder tmp = new StringBuilder();
tmp.append(s3);
for(int i=0; i<100; i++) 
    tmp.append(i);

s3 = tmp.toString();

这对于编译器来说有些复杂了，我们需要手工才能做到。

综上三个方法的分析发现，用StringBuilder(StringBuffer)#append替代字符串”+”是否会带来性能提升并不是一成不变的，在不同的条件下情况也不相同，字符串字面值的连接在编译期间已经连接好了，普通的字符串连接并不需要显式的使用new StringBuilder().append来增加效率，编译器已经给我们做掉了，除非能在显式使用时能给出有效的初始容量。在这种意义下，个人觉得string的”+”可以认为是StringBuilder#append的一个语法糖；但是如果形如concat3那种循环中的字符串连接，我们就需要显式使用StringBuilder了。在jdk1.4的时候，还没有StringBuilder类，编译器生成的优化代码使用的是StringBuffer。

针对String连接操作编译器生成的StringBuidler#append肯定是单个线程在操作，因此不会有线程安全问题。