JAVA的字符串拼接与性能

概述：本文主要研究的是JAVA的字符串拼接的性能，原文中的测试代码在功能上并不等价，导致concat的测试意义不大。不过原作者在评论栏给了新的concat结果，如果有兴趣的同学建议自己修改代码测试。

原文出处:http://www.venishjoe.net/2009/11/java-string-concatenation-and.html

在JAVA中拼接两个字符串的最简便的方式就是使用操作符”+”了。如果你用”+”来连接固定长度的字符串，可能性能上会稍受影响，但是如果你是在循环中来”+”多个串的话，性能将指数倍的下降。假设有一个字符串，我们将对这个字符串做大量循环拼接操作，使用”+”的话将得到最低的性能。但是究竟这个性能有多差？如果我们同时也把StringBuffer,StringBuilder或String.concat()放入性能测试中，结果又会如何呢？本文将会就这些问题给出一个答案！

我们将使用Per4j来计算性能，因为这个工具可以给我们一个完整的性能指标集合，比如最小，最大耗时，统计时间段的标准偏差等。在测试代码中，为了得到一个准确的标准偏差值，我们将执行20个拼接”*”50,000次的测试。下面是我们将使用到的拼接字符串的方法：

Concatenation Operator (+)
String concat method – concat(String str)
StringBuffer append method – append(String str)
StringBuilder append method – append(String str)

最后，我们将看看字节码，来研究这些方法到底是如何执行的。现在，让我们先开始来创建我扪的类。注意为了计算每个循环的性能，代码中的每段测试代码都需要用Per4J库进行封装。首先我们先定义迭代次数

private static  final int  OUTER_ITERATION=20;
private static final int INNER_ITERATION=50000;

接下来，我们将使用上述4个方法来实现我们的测试代码。

    String addTestStr = "";
    String concatTestStr = "";
    StringBuffer concatTestSb = null;
    StringBuilder concatTestSbu = null;

    for (int outerIndex=0;outerIndex<=OUTER_ITERATION;outerIndex++) {
        StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringAddConcat");
        addTestStr = "";
        for (int innerIndex=0;innerIndex<=INNER_ITERATION;innerIndex++)
        addTestStr += "*";
        stopWatch.stop();
    }       

    for (int outerIndex=0;outerIndex<=OUTER_ITERATION;outerIndex++) {
        StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringConcat");
        concatTestStr = "";
        for (int innerIndex=0;innerIndex<=INNER_ITERATION;innerIndex++)
        concatTestStr.concat("*");
        stopWatch.stop();
    }

    for (int outerIndex=0;outerIndex<=OUTER_ITERATION;outerIndex++) {
        StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringBufferConcat");
        concatTestSb = new StringBuffer();
        for (int innerIndex=0;innerIndex<=INNER_ITERATION;innerIndex++)
        concatTestSb.append("*");
        stopWatch.stop();
    }

    for (int outerIndex=0;outerIndex<=OUTER_ITERATION;outerIndex++) {
        StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringBuilderConcat");
        concatTestSbu = new StringBuilder();
        for (int innerIndex=0;innerIndex<=INNER_ITERATION;innerIndex++)
        concatTestSbu.append("*");
        stopWatch.stop();
    }

接下来通过运行程序来生成性能指标。我的运行环境是64位的Windown7操作系统，32位的JVM(7-ea) 带4GB内存，双核Quad 2.00GHz的CPU的机器.

经过20次迭代后，我们得到如下的数据：

结果非常完美如我们想象的那样。唯一比较有趣的事情是为什么String.concat也很不错，我们都知道，String是一个常类（初始化后就不会改变的类），那么为什么concat的性能会更好一些呢。(译者注：其实原文作者的测试代码有问题，对于concat()方法的测试代码应该写成concatTestStr=concatTestStr.concat(“*”)才对。)为了回答这个问题，我们应该看看concat反编译出来的字节码。在本文的下载包里面包含了所有的字节码，但是现在我们先看一下concat的这个代码片段：

    46:  new #6; //class java/lang/StringBuilder
    49:  dup
    50:  invokespecial   #7; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
    53:  aload_1
    54:  invokevirtual   #8; //Method java/lang/StringBuilder.append:
             (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    57:  ldc #9; //String *
    59:  invokevirtual   #8; //Method java/lang/StringBuilder.append:
             (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    62:  invokevirtual   #10; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()
             Ljava/lang/String;
    65:  astore_1
    66:  iinc    7, 1
    69:  goto    38

这段代码是String.concat()的字节码，从这段代码中，我们可以清楚的看到，concat()方法使用了StringBuilder，concat()的性能应该和StringBuilder的一样好，但是由于额外的创建StringBuilder和做.append(str).append(str).toString()的操作，使得concate的性能会受到一些影响，所以StringBuilder和String Cancate的时间是1.8和3.3。

因此，即时在做最简单的拼接时，如果我们不想创建StringBuffer或StringBuilder实例使，我们也因该使用concat。但是对于大量的字符串拼接操作，我们就不应该使用concat(译者注：因为测试代码功能上并不完全等价，更换后的测试代码concat的平均处理时间是1650.9毫秒。这个结果在原文的评论里面。)，因为concat会降低你程序的性能，消耗你的cpu。因此，在不考虑线程安全和同步的情况下，为了获得最高的性能，我们应尽量使用StringBuilder

本文的源代码，编译目标文件和字节码可以通过下面的这个链接获得：

下载源代码，类和字节码：String_Concatenation _Performance.zip

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JAVA的字符串拼接与性能

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