Java学习札记12：Java中的StringBuilder类功能详解

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 自带的 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 JDK 1.4 下编译，必须将 StringBuilder 改为 StringBuffer ，而 JDK 1.4 将"+"转换为 StringBuffer（因为JDK 1.4 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。

转载自：

http://developer.51cto.com/art/200906/132698.htm