Java中的StringBuilder类功能详解

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Java 数据结构 JDK

Java中的StringBuilder类功能详解

字符串连接可以通过两种方法实现，其中一种是在Java中提供的一个StringBuilder类（这个类只在J2SE5及以上版本提供，以前的版本使用StringBuffer类）。
字符串是Java程序中最常用的一种数据结构之一。在Java中的String类已经重载的"+"。也就是说，字符串可以直接使用"+"进行连接，如下面代码所示：

String s = "abc" + "ddd"; 但这样做真的好吗？当然，这个问题不能简单地回答yes or no。要根据具体情况来定。在Java中提供了一个StringBuilder类（这个类只在J2SE5及以上版本提供，以前的版本使用StringBuffer类），这个类也可以起到"+"的作用。那么我们应该用哪个呢？

下面让我们先看看如下的代码：

package string;
        public class TestSimplePlus    {
        public static void main(String[] args)        {
            String s = "abc";
            String ss = "ok" + s + "xyz" + 5;
            System.out.println(ss);        }
    }

上面的代码将会输出正确的结果。从表面上看，对字符串和整型使用"+"号并没有什么区别，但事实真的如此吗？下面让我们来看看这段代码的本质。

我们首先使用反编译工具（如jdk带的javap、或jad）将TestSimplePlus反编译成Java Byte Code，其中的奥秘就一目了然了。在本文将使用jad来反编译，命令如下：

jad -o -a -s d.java TestSimplePlus.class

反编译后的代码如下：

package string;
   import java.io.PrintStream;
   public class TestSimplePlus  {
      public TestSimplePlus()      {
      //   0  0:aload_0         
      //   1  1:invokespecial   #8   < Method void Object()>      
      //    2    4:return          
      }   
    public static void main(String args[])      {
        String s = "abc";
      //    0    0:ldc1            #16  < String "abc">   
      //    1    2:astore_1       
        String ss = (new StringBuilder("ok")).append(s).append("xyz").append(5).toString();
      //    2    3:new             #18  < Class StringBuilder>
      //    3    6:dup             
      //    4    7:ldc1            #20  < String "ok"> 
      //    5    9:invokespecial   #22  < Method void StringBuilder(String)> 
      //    6   12:aload_1      
      //    7   13:invokevirtual   #25  < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
      //    8   16:ldc1            #29  < String "xyz">
      //    9   18:invokevirtual   #25  < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)> 
      //   10   21:iconst_5      
      //   11   22:invokevirtual   #31  < Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
      //   12   25:invokevirtual   #34  < Method String StringBuilder.toString()>
      //   13   28:astore_2
        System.out.println(ss);
      //   14   29:getstatic       #38  < Field PrintStream System.out>
      //   15   32:aload_2       
      //   16   33:invokevirtual   #44  < Method void PrintStream.println(String)>
      //   17   36:return           
     }  
}

读者可能看到上面的Java字节码感到迷糊，不过大家不必担心。本文的目的并不是讲解Java Byte Code，因此，并不用了解具体的字节码的含义。

使用jad反编译的好处之一就是可以同时生成字节码和源代码。这样可以进行对照研究。从上面的代码很容易看出，虽然在源程序中使用了"+"，但在编译时仍然将"+"转换成StringBuilder。因此，我们可以得出结论，在Java中无论使用何种方式进行字符串连接，实际上都使用的是StringBuilder类。

那么是不是可以根据这个结论推出使用"+"和StringBuilder类的效果是一样的呢？这个要从两个方面的解释。如果从运行结果来解释，那么"+"和StringBuilder是完全等效的。但如果从运行效率和资源消耗方面看，那它们将存在很大的区别。

当然，如果连接字符串行表达式很简单（如上面的顺序结构），那么"+"和StringBuilder类基本是一样的，但如果结构比较复杂，如使用循环来连接字符串，那么产生的Java Byte Code就会有很大的区别。先让我们看看如下的代码：

package string;
      import java.util.*;
      public class TestComplexPlus   { 
      public static void main(String[] args)       {
           String s = "";
           Random rand = new Random();
           for (int i = 0; i <  10; i++)           {
               s = s + rand.nextInt(1000) + " ";
           }
           System.out.println(s); 
      }
   } 

上面的代码返编译后的Java Byte Code如下：

package string;
   import java.io.PrintStream;
  import java.util.Random;
   public class TestComplexPlus  {
       public TestComplexPlus()      {
      //    0    0:aload_0       
      //    1    1:invokespecial   #8   < Method void Object()>     //    2    4:return            
    } 
    public static void main(String args[])      {
          String s = "";
      //    0    0:ldc1            #16  < String "">
      //    1    2:astore_1
          Random rand = new Random();
      //    2    3:new             #18  < Class Random>
      //    3    6:dup             
      //    4    7:invokespecial   #20  < Method void Random()>
      //    5   10:astore_2        
          for(int i = 0; i <  10; i++)
      //*   6   11:iconst_0       
      //*   7   12:istore_3        
      //*   8   13:goto            49
           s = (new StringBuilder(String.valueOf(s))).append(rand.nextInt(1000)).append(" ").toString();
      //    9   16:new             #21  < Class StringBuilder>
      //   10   19:dup             
      //   11   20:aload_1          
      //   12   21:invokestatic    #23  < Method String String.valueOf(Object)>
      //   13   24:invokespecial   #29  < Method void StringBuilder(String)>
      //   14   27:aload_2       
      //   15   28:sipush          1000
      //   16   31:invokevirtual   #32  < Method int Random.nextInt(int)> 
      //   17   34:invokevirtual   #36  < Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
      //   18   37:ldc1            #40  < String " ">
      //   19   39:invokevirtual   #42  < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
      //   20   42:invokevirtual   #45  < Method String StringBuilder.toString()>
      //   21   45:astore_1        
      //   22   46:iinc            3  1
      //   23   49:iload_3        
      //   24   50:bipush          10
      //   25   52:icmplt          16
          System.out.println(s); 
      //   26   55:getstatic       #49  < Field PrintStream System.out> 
      //   27   58:aload_1         
      //   28   59:invokevirtual   #55  < Method void PrintStream.println(String)>
      //   29   62:return            
    }  
}

大家可以看到，虽然编译器将"+"转换成了StringBuilder类，但创建StringBuilder对象的位置却在for语句内部。这就意味着每执行一次循环，就会创建一个StringBuilder对象（对于本例来说，是创建了10个StringBuilder对象），虽然Java有垃圾回收器，但这个回收器的工作时间是不定的。如果不断产生这样的垃圾，那么仍然会占用大量的资源。解决这个问题的方法就是在程序中直接使用StringBuilder类来连接字符串，代码如下：

package string;
   import java.util.*;
   public class TestStringBuilder  {
      public static void main(String[] args)      {
          String s = "";
          Random rand = new Random();
          StringBuilder result = new StringBuilder();
          for (int i = 0; i <  10; i++)          {
              result.append(rand.nextInt(1000));
              result.append(" ");
          }
          System.out.println(result.toString());
      }
  }

 上面代码反编译后的结果如下：

package string;
   import java.io.PrintStream;
  import java.util.Random;
   public class TestStringBuilder  {
       public TestStringBuilder()      {
      //    0    0:aload_0        
       //    1    1:invokespecial   #8   < Method void Object()>      //    2    4:return         
       }
       public static void main(String args[])      {
          String s = "";
      //    0    0:ldc1            #16  < String "">
      //    1    2:astore_1
                  Random rand = new Random();
      //    2    3:new             #18  < Class Random>
      //    3    6:dup           
      //    4    7:invokespecial   #20  < Method void Random()>
      //    5   10:astore_2
                  StringBuilder result = new StringBuilder();
      //    6   11:new             #21  < Class StringBuilder>
      //    7   14:dup              
      //    8   15:invokespecial   #23  < Method void StringBuilder()>
      //    9   18:astore_3
                  for(int i = 0; i <  10; i++)
      //*  10   19:iconst_0        
      //*  11   20:istore          4
      //*  12   22:goto            47          {              result.append(rand.nextInt(1000));
      //   13   25:aload_3       
      //   14   26:aload_2      
      //   15   27:sipush          1000
      //   16   30:invokevirtual   #24  < Method int Random.nextInt(int)>
      //   17   33:invokevirtual   #28  < Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
      //   18   36:pop
                           result.append(" ");
      //   19   37:aload_3       
      //   20   38:ldc1            #32  < String " ">
      //   21   40:invokevirtual   #34  < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
      //   22   43:pop
                       }
      //   23   44:iinc            4  1
      //   24   47:iload           4
      //   25   49:bipush          10
      //   26   51:icmplt          25
          System.out.println(result.toString());
      //   27   54:getstatic       #37  < Field PrintStream System.out>
      //   28   57:aload_3
     //   29   58:invokevirtual   #43  < Method String StringBuilder.toString()>
      //   30   61:invokevirtual   #47  < Method void PrintStream.println(String)>
      //   31   64:return
                }
  }

从上面的反编译结果可以看出，创建StringBuilder的代码被放在了for语句外。虽然这样处理在源程序中看起来复杂，但却换来了更高的效率，同时消耗的资源也更少了。

在使用StringBuilder类时要注意，尽量不要"+"和StringBuilder混着用，否则会创建更多的StringBuilder对象，如下面代码所：

for (int i = 0; i <  10; i++)  {
      result.append(rand.nextInt(1000));
      result.append(" ");  }

 改成如下形式：

for (int i = 0; i <  10; i++)  {
       result.append(rand.nextInt(1000) + " ");
  }

则反编译后的结果如下：

 for(int i = 0; i <  10; i++)
  //*  10   19:iconst_0    
  //*  11   20:istore          4
  //*  12   22:goto            65
   {
    result.append((new StringBuilder(String.valueOf(rand.nextInt(1000)))).append(" ").toString());
  //   13   25:aload_3 
  //   14   26:new             #21  < Class StringBuilder>
  //   15   29:dup

从上面的代码可以看出，Java编译器将"+"编译成了StringBuilder类，这样for语句每循环一次，又创建了一个StringBuilder对象。

如果将上面的代码在JDK1.4下编译，必须将StringBuilder改为StringBuffer，而JDK1.4将"+"转换为StringBuffer（因为JDK1.4并没有提供StringBuilder类）。StringBuffer和StringBuilder的功能基本一样，只是StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder不是线程安全的。因此，StringBuilder的效率会更高。

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