Java如何拼接字符串

一时失言乱红尘 2022-09-07 06:11 279阅读 0赞

# StringBuilder 的 append() 方法 #

“**循环体内，拼接字符串最好使用 StringBuilder 的 append() 方法，而不是 + 号操作符**”  
这句话，我们很熟悉，那你知道是为什么吗？

`+`号操作符其实被 Java 在编译的时候重新解释了，换一种说法就是，`+`号操作符是一种**语法糖**，让字符串的拼接变得更简便了。

class Demo { 
        public static void main(String[] args) { 
            String chenmo = "沉默";
            String wanger = "王二";
            System.out.println(chenmo + wanger);
        }
    }

在 Java 8 的环境下，使用 javap -c Demo.class 反编译字节码后，可以看到以下内容：

Compiled from "Demo.java"
    class Demo { 
      Demo();
        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 沉默
           2: astore_1
           3: ldc           #3                  // String 王二
           5: astore_2
           6: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
           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: invokevirtual #8                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
          27: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
          30: return
    }

看第9行，这里有一个 new 关键字，并且 class 类型为 java/lang/StringBuilder。
    “这意味着**新建了一个 StringBuilder 的对象**。”
    
    然后看标号为 17 的这行，是一个 invokevirtual 指令，用于调用对象的方法，
    也就是 StringBuilder 对象的 append() 方法。
    
    也就意味着把 chenmo 这个字符串添加到 StringBuilder 对象中了。
    
    再往下看，标号为 21 的这行，又调用了一次 append() 方法，
    意味着把 wanger 这个字符串添加到 StringBuilder 对象中了。

换成 Java 代码来表示的话，大概是这个样子：

class Demo { 
        public static void main(String[] args) { 
            String chenmo = "沉默";
            String wanger = "王二";
            System.out.println((new StringBuilder(String.valueOf(chenmo))).append(wanger).toString());
        }
    }

原来编译的时候把“`+`”号操作符替换成了 `StringBuilder` 的 `append()` 方法啊。

是的，不过到了 Java 9，情况发生了一些改变，同样的代码，字节码指令完全不同了。  
同样的代码，在 Java 11 的环境下，字节码指令是这样的：

Compiled from "Demo.java"
    public class com.itwanger.thirtyseven.Demo { 
      public com.itwanger.thirtyseven.Demo();
        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
           2: astore_1
           3: iconst_0
           4: istore_2
           5: iload_2
           6: bipush        10
           8: if_icmpge     41
          11: new           #3                  // class java/lang/String
          14: dup
          15: ldc           #4                  // String 沉默
          17: invokespecial #5                  // Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V
          20: astore_3
          21: ldc           #6                  // String 王二
          23: astore        4
          25: aload_1
          26: aload_3
          27: aload         4
          29: invokedynamic #7,  0              // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
          34: astore_1
          35: iinc          2, 1
          38: goto          5
          41: return
    }

看标号为 29 的这行，字节码指令为 invokedynamic，
    该指令允许由应用级的代码来决定方法解析，所谓的应用级的代码其实是一个方法——被称为引导方法（Bootstrap Method），简称 BSM，
    BSM 会返回一个 CallSite（调用点） 对象，这个对象就和 invokedynamic 指令链接在一起。
    以后再执行这条 invokedynamic 指令时就不会创建新的 CallSite 对象。
    CallSite 其实就是一个 MethodHandle（方法句柄）的 holder，
    指向一个调用点真正执行的方法——此时就是 StringConcatFactory.makeConcatWithConstants() 方法。

好吧，总之就是 Java 9 以后，JDK 用了另外一种方法来`动态解释 + 号操作符`，具体的实现方式在字节码指令层面已经看不到了

循环体内，拼接字符串最好使用 StringBuilder 的 append() 方法，而不是 + 号操作符。原因就在于循环体内如果用 + 号操作符的话，就会产生大量的 StringBuilder 对象，不仅占用了更多的内存空间，还会让 Java 虚拟机不停的进行垃圾回收，从而降低了程序的性能。

更好的写法就是在循环的外部新建一个 StringBuilder 对象，然后使用 append() 方法将循环体内的字符串添加进来：

class Demo { 
        public static void main(String[] args) { 
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int i = 1; i < 10; i++) { 
                String chenmo = "沉默";
                String wanger = "王二";
                sb.append(chenmo);
                sb.append(wanger);
            }
            System.out.println(sb);
        }
    }

来做个小测试。

第一个，for 循环中使用”+”号操作符。

String result = "";
    for (int i = 0; i < 100000; i++) { 
        result += "六六六";
    }

第二个，for 循环外部新建 StringBuilder，循环体内使用 append() 方法。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) { 
        sb.append("六六六");
    }

package com.study;
    
    /** * @Description 测试字符串拼接+，StringBuilder * @Classname JoinStringsDemo * @Date 2021/8/22 16:11 * @Created by 折腾的小飞 */
    public class JoinStringsDemo { 
        public static void main(String[] args) { 
            new Thread(()->{ 
                long startTime=System.currentTimeMillis();
                String result = "";
                for (int i = 0; i < 100000; i++) { 
                    result += "六六六";
                }
                long endTime=System.currentTimeMillis();
                System.out.println(endTime-startTime);
            }).start();
    
            new Thread(()->{ 
                long startTime=System.currentTimeMillis();
                StringBuilder sb = new StringBuilder();
                for (int i = 0; i < 100000; i++) { 
                    sb.append("六六六");
                }
                long endTime=System.currentTimeMillis();
                System.out.println(endTime-startTime);
            }).start();
        }
    }

![在这里插入图片描述][29c8307cae894fa7910c54bf0ab551e9.png]

使用+拼接字符串执行时间是 4892 毫秒，使用StringBuffer只用了不到 11毫秒，差距也太大了吧！

来看一下 StringBuilder 类的 append() 方法的源码吧！

public StringBuilder append(String str) { 
        super.append(str);
        return this;
    }

这 3 行代码其实没啥看的。我们来看`父类 AbstractStringBuilder` 的 append() 方法：

public AbstractStringBuilder append(String str) { 
        if (str == null)
            return appendNull();
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }

1）判断拼接的字符串是不是 null，如果是，当做字符串“null”来处理。`appendNull()` 方法的源码如下：

private AbstractStringBuilder appendNull() { 
        int c = count;
        ensureCapacityInternal(c + 4);
        final char[] value = this.value;
        value[c++] = 'n';
        value[c++] = 'u';
        value[c++] = 'l';
        value[c++] = 'l';
        count = c;
        return this;
    }

2）获取字符串的长度。

3）`ensureCapacityInternal()` 方法的源码如下：

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) { 
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0) { 
            value = Arrays.copyOf(value,
                    newCapacity(minimumCapacity));
        }
    }

由于字符串内部是用数组实现的，所以需要先判断拼接后的字符数组长度是否超过当前数组的长度，如果超过，先对数组进行扩容，然后把原有的值复制到新的数组中。  
4）将拼接的字符串 str 复制到目标数组 value 中。

str.getChars(0, len, value, count)

5）更新数组的长度 count。

说到 StringBuilder 就必须得提一嘴 StringBuffer，两者就像是孪生双胞胎，该有的都有，只不过大哥 StringBuffer 因为多呼吸两口新鲜空气，所以是线程安全的。”我说，“它里面的方法基本上都加了 synchronized 关键字来做同步。

public synchronized StringBuffer append(String str) { 
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }

除了可以使用 + 号操作符，StringBuilder 和 StringBuilder 的 append() 方法，还有其他的字符串拼接方法吗？

# String 类的 concat() 方法 #

String chenmo = "沉默";
    String wanger = "王二";
    System.out.println(chenmo.concat(wanger));

可以来看一下 `concat()` 方法的源码。

public String concat(String str) { 
        int otherLen = str.length();
        if (otherLen == 0) { 
            return this;
        }
        int len = value.length;
        char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
        str.getChars(buf, len);
        return new String(buf, true);
    }

1）如果拼接的字符串的长度为 0，那么返回拼接前的字符串。

2）将原字符串的字符数组 value 复制到变量 buf 数组中。

3）把拼接的字符串 str 复制到字符数组 buf 中，并返回新的字符串对象。

**和 + 号操作符相比，`concat()` 方法在遇到字符串为 null 的时候，会抛出 `NullPointerException`，而“+”号操作符会把 null 当做是“null”字符串来处理。**

如果拼接的字符串是一个空字符串（""），那么 concat 的效率要更高一点,
    毕竟不需要 new StringBuilder 对象。
    
    如果拼接的字符串非常多，concat() 的效率就会下降，
    因为创建的字符串对象越来越多。

# String 类有一个静态方法 join() #

String chenmo = "沉默";
    String wanger = "王二";
    String cmower = String.join("", chenmo, wanger);
    System.out.println(cmower);

第一个参数为**字符串连接符**

String message = String.join("-", "王二", "太特么", "有趣了");

输出结果为：`王二-太特么-有趣了`。

来看一下 join 方法的源码：

public static String join(CharSequence delimiter, CharSequence... elements) { 
        Objects.requireNonNull(delimiter);
        Objects.requireNonNull(elements);
        // Number of elements not likely worth Arrays.stream overhead.
        StringJoiner joiner = new StringJoiner(delimiter);
        for (CharSequence cs: elements) { 
            joiner.add(cs);
        }
        return joiner.toString();
    }

里面新建了一个叫 `StringJoiner` 的对象，然后通过 for-each 循环把可变参数添加了进来，最后调用 toString() 方法返回 String。

# org.apache.commons.lang3.StringUtils的join() 方法 #

实际的工作中，`org.apache.commons.lang3.StringUtils` 的 `join()` 方法也经常用来进行字符串拼接。

String chenmo = "沉默";
    String wanger = "王二";
    StringUtils.join(chenmo, wanger);

该方法不用担心 NullPointerException。

StringUtils.join(null)            = null
    StringUtils.join([])              = ""
    StringUtils.join([null])          = ""
    StringUtils.join(["a", "b", "c"]) = "abc"
    StringUtils.join([null, "", "a"]) = "a"

来看一下源码：

public static String join(final Object[] array, String separator, final int startIndex, final int endIndex) { 
        if (array == null) { 
            return null;
        }
        if (separator == null) { 
            separator = EMPTY;
        }
    
        final StringBuilder buf = new StringBuilder(noOfItems * 16);
    
        for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) { 
            if (i > startIndex) { 
                buf.append(separator);
            }
            if (array[i] != null) { 
                buf.append(array[i]);
            }
        }
        return buf.toString();
    }

内部使用的仍然是 `StringBuilder`。

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