从内存方面解释Java中String与StringBuilder的性能差异

以前经常在网上看到关于java字符串拼接等方面的讨论。看到有些java开发人员在给新手程序员的建议中类似如下写道：

不要使用+号拼接字符串，要使用stringbuffer或stringbuilder的append()方法来拼接字符串。
不过，用+号拼接字符串就真的那么令人讨厌，难道使用+号拼接字符串就没有一点可取之处吗？

通过查阅java api文档中关于string类的部分内容，我们可以看到如下片段：
“java 语言提供对字符串串联符号（"+"）以及将其他对象转换为字符串的特殊支持。字符串串联是通过 stringbuilder（或 stringbuffer）类及其 append 方法实现的。字符串转换是通过 tostring 方法实现的，该方法由 object 类定义，并可被 java中的所有类继承。”

这段话很明确地告诉我们，在java中使用+号拼接字符串，实际上使用的就是stringbuffer或stringbuilder及其append方法来实现的。

除了java api文档，我们还可以使用工具查看class类文件的字节码命令来得到上述答案。 例如代码：

public static void main(string[] args) {
  string a = "hello";
  string b = " world";
  string str = a + b + " !";
  system.out.println(str);
}

通过工具查看到其对应的字节码命令如下：

从字节码命令中，我们可以清楚地看到，我们编写的如下代码

string str = a + b + " !";

被编译器转换成了类似如下语句：

string str = new stringbuilder(string.valueof(a)).append(b).append(" !").tostring();

不仅如此，java的编译器也是一个比较聪明的编译器，当+号拼接的全部是字符串字面量时，java的编译器将会在编译时智能地将其转换为一个完整的字符串。例如：

public static void main(string[] args) {
  string str = "hello" + " world" + ", java!";
  system.out.println(str);
}

java编译器直接将这种全是字面量的字符串拼接，在编译时就转换为了一个完整的字符串。

就算+号拼接的字符串中存在变量，java编译器也会将最前面的字符串字面量合并为一个字符串。

public static void main(string[] args) {
  string java = ", java!";
  string str = "hello" + " world" + java;
  system.out.println(str);
}

从上述可知，对于类似string str = str1 + str2 + str3 + str4，这种将多个字符串一次性拼接的操作，使用+号来进行拼接是完全没有问题的。

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

string s1 = "droidyue.com";
string s2 = s1;
system.out.println("s1 and s2 has the same reference =" + (s1 == s2));

并且在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。

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。

众所周知，在java 1.4版本之前，字符串拼接可以使用stringbuffer，从java 1.5开始，我们可以使用stringbuilder来拼接字符串。stringbuffer和stringbuilder的主要区别在于：stringbuffer是线程安全的，适用于多线程操作字符串；stringbuilder是线程不安全的，适合单线程下操作字符串。不过，我们的大多数字符串拼接操作都是在单线程下进行的，因此使用stringbuilder有利于提高性能。

在java 1.4之前，编译器使用stringbuffer来处理+号拼接的字符串；从java 1.5开始，编译器大多数情况下都使用stringbuilder来处理+号拼接的字符串。

当我们在jdk 1.4的环境下编写代码时，对于上述这种一次性拼接多个字符串的情况，建议最好使用+号来处理。这样，当jdk 升级到1.5及以上版本时，编译器将会自动将其转换为stringbuilder来拼接字符串，从而提高字符串拼接效率。

当然，推荐使用+号拼接字符串也仅限于在一条语句中拼接多个字符串时使用。如果分散在多条语句中拼接一个字符串，仍然建议使用stringbuffer或stringbuilder。 例如：

public static void main(string[] args) {
  string java = ", java!";
  string str = "";
  str += "hello";
  str += " world";
  str += java;
  system.out.println(str);
}

编译器编译后的字节命令如下：

从上面的图片中我们可以知道，每一条+号拼接语句，都创建了一个新的stringbuilder对象。这种情况在循环条件下表现得尤其明显，造成了相对较大的性能损耗。因此，在多条语句中拼接字符串，强烈建议使用stringbuffer或stringbuilder来处理。

关于使用stringbuilder带来的优化

此外，在使用stringbuffer或stringbuilder的时候，我们还可以使用如下方式，进一步提高性能(下面代码以stringbuilder为例，stringbuffer与此类似)。

1.预测最终获得的字符串的最大长度。

stringbuilder内部char数组的默认长度为16，当我们append追加字符串后超过此长度时，stringbuilder会扩大内部的数组容量以满足需要。在这个过程中，stringbuilder会创建一个新的较大容量的char数组，并将原数组中的数据复制到新数组中。如果我们能够大致预测到最终拼接得到的字符串的最大长度，就可以在创建stringbuilder对象时指定合适大小的初始容量。例如，我们需要拼接获得含有100个字母a的字符串。即可编写如下代码:

stringbuilder sb = new stringbuilder(100);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
  sb.append('a');
}
system.out.println(sb);

请根据实际情况进行平衡，以创建适合初始容量的stringbuilder。

2.对于单个字符，尽可能地使用char类型，而不是string类型。

有些时候，我们需要在字符串后追加单个字符(例如：a)，此时应尽可能地使用

sb.append('a');

而不是使用：

sb.append("a");