关于 Java 字符串拼接的几种方式以及性能比较

一、字符串拼接

字符串拼接是我们在Java代码中比较经常要做的事情，就是把多个字符串拼接到一起。

我们都知道，String 是 Java 中一个不可变的类，所以他一旦被实例化就无法被修改。

不可变类的实例一旦创建，其成员变量的值就不能被修改。这样设计有很多好处，比如可以缓存 hashcode、使用更加便利以及更加安全等。

但是，既然字符串是不可变的，那么字符串拼接又是怎么回事呢？

1. 字符串不变性与字符串拼接

其实，所有的所谓字符串拼接，都是重新生成了一个新的字符串。下面一段字符串拼接代码：

String s = "abcd";
s = s.concat("ef");

其实最后我们得到的s已经是一个新的字符串了。如下图

image

s 中保存的是一个重新创建出来的 String 对象的引用。

那么，在 Java 中，到底如何进行字符串拼接呢？字符串拼接有很多种方式，这里简单介绍几种比较常用的。

2. 使用+拼接字符串

在 Java 中，拼接字符串最简单的方式就是直接使用符号+来拼接。如：

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat + "," + introduce;

这里要特别说明一点，有人把 Java 中使用+拼接字符串的功能理解为运算符重载。其实并不是，Java是不支持运算符重载的。这其实只是 Java 提供的一个语法糖。后面再详细介绍。

运算符重载：在计算机程序设计中，运算符重载（英语：operator overloading）是多态的一种。运算符重载，就是对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型。

语法糖：语法糖（Syntactic sugar），也译为糖衣语法，是由英国计算机科学家彼得·兰丁发明的一个术语，指计算机语言中添加的某种语法，这种语法对语言的功能没有影响，但是更方便程序员使用。语法糖让程序更加简洁，有更高的可读性。

3. concat

除了使用+拼接字符串之外，还可以使用String类中的方法 concat 方法来拼接字符串。如：

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat.concat(",").concat(introduce);

4. StringBuffer

关于字符串，Java中除了定义了一个可以用来定义字符串常量的String类以外，还提供了可以用来定义字符串变量的StringBuffer类，它的对象是可以扩充和修改的。

使用StringBuffer可以方便的对字符串进行拼接。如：

StringBuffer wechat = new StringBuffer("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuffer hollis = wechat.append(",").append(introduce);

5. StringBuilder

除了StringBuffer以外，还有一个类StringBuilder也可以使用，其用法和StringBuffer类似。如：

StringBuilder wechat = new StringBuilder("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuilder hollis = wechat.append(",").append(introduce);

6. StringUtils.join

除了JDK中内置的字符串拼接方法，还可以使用一些开源类库中提供的字符串拼接方法名，如apache.commons中提供的StringUtils类，其中的join方法可以拼接字符串。

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
System.out.println(StringUtils.join(wechat, ",", introduce));

这里简单说一下，StringUtils 中提供的 join 方法，最主要的功能是：将数组或集合以某拼接符拼接到一起形成新的字符串，如：

String []list  ={"Hollis","每日更新Java相关技术文章"};
String result= StringUtils.join(list,",");
System.out.println(result);
//结果：Hollis,每日更新Java相关技术文章

并且，Java8 中的 String 类中也提供了一个静态的 join 方法，用法和StringUtils.join类似。

以上就是比较常用的五种在 Java 种拼接字符串的方式，那么到底哪种更好用呢？为什么阿里巴巴 Java 开发手册中不建议在循环体中使用+进行字符串拼接呢？

image

(阿里巴巴Java开发手册中关于字符串拼接的规约)

二、使用+拼接字符串的实现原理

前面提到过，使用+拼接字符串，其实只是Java提供的一个语法糖， 那么，我们就来解一解这个语法糖，看看他的内部原理到底是如何实现的。

还是这样一段代码。我们把他生成的字节码进行反编译，看看结果。

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat + "," + introduce;

反编译后的内容如下，反编译工具为jad。

String wechat = "Hollis";
String introduce = "\u6BCF\u65E5\u66F4\u65B0Java\u76F8\u5173\u6280\u672F\u6587\u7AE0";//每日更新Java相关技术文章
String hollis = (new StringBuilder()).append(wechat).append(",").append(introduce).toString();

通过查看反编译以后的代码，我们可以发现，原来字符串常量在拼接过程中，是将 String 转成了 StringBuilder 后，使用其 append 方法进行处理的。

那么也就是说，Java 中的+对字符串的拼接，其实现原理是使用StringBuilder.append。

1. concat是如何实现的

我们再来看一下concat方法的源代码，看一下这个方法又是如何实现的。

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);
}

这段代码首先创建了一个字符数组，长度是已有字符串和待拼接字符串的长度之和，再把两个字符串的值复制到新的字符数组中，并使用这个字符数组创建一个新的 String 对象并返回。

通过源码我们也可以看到，经过 concat 方法，其实是new了一个新的 String，这也就呼应到前面我们说的字符串的不变性问题上了。

2. StringBuffer和StringBuilder

接下来我们看看StringBuffer和StringBuilder的实现原理。

和String类类似，StringBuilder类也封装了一个字符数组，定义如下：

char[]value;

与String不同的是，它并不是final的，所以他是可以修改的。另外，与String不同，字符数组中不一定所有位置都已经被使用，它有一个实例变量，表示数组中已经使用的字符个数，定义如下：

intcount;

其 append 源码如下：

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

该类继承了AbstractStringBuilder类，看下其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;
}

append 会直接拷贝字符到内部的字符数组中，如果字符数组长度不够，会进行扩展。

StringBuffer和StringBuilder类似，最大的区别就是StringBuffer是线程安全的，看一下StringBuffer的append方法。

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

该方法使用synchronized进行声明，说明是一个线程安全的方法。而StringBuilder则不是线程安全的。

3. StringUtils.join是如何实现的

通过查看StringUtils.join的源代码，我们可以发现，其实他也是通过StringBuilder来实现的。

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;
    }

    // endIndex - startIndex > 0:   Len = NofStrings *(len(firstString) + len(separator))
    //           (Assuming that all Strings are roughly equally long)
    final int noOfItems = endIndex - startIndex;
    if (noOfItems <= 0) {
        return 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();
}

4. StringJoiner

StringJoiner 是 java.util包中的一个类，用于构造一个由分隔符分隔的字符序列（可选），并且可以从提供的前缀开始并以提供的后缀结尾。虽然这也可以在StringBuilder类的帮助下在每个字符串之后附加分隔符，但 StringJoiner 提供了简单的方法来实现，而无需编写大量代码。

StringJoiner类共有2个构造函数，5个公有方法。其中最常用的方法就是add方法和toString方法，类似于 StringBuilder 中的append方法和toString方法。

4.1 用法

StringJoiner 的用法比较简单，下面的代码中，我们使用 StringJoiner 进行了字符串拼接。

public class StringJoinerTest {

    public static void main(String[] args) {
        StringJoiner sj = new StringJoiner("Hollis");

        sj.add("hollischuang");
        sj.add("Java干货");
        System.out.println(sj.toString());

        StringJoiner sj1 = new StringJoiner(":","[","]");

        sj1.add("Hollis").add("hollischuang").add("Java干货");
        System.out.println(sj1.toString());
    }
}

以上代码输出结果：

hollischuangHollisJava干货
[Hollis:hollischuang:Java干货]

值得注意的是，当我们StringJoiner(CharSequence delimiter)初始化一个StringJoiner的时候，这个delimiter其实是分隔符，并不是可变字符串的初始值。

StringJoiner(CharSequence delimiter,CharSequence prefix,CharSequence suffix)的第二个和第三个参数分别是拼接后的字符串的前缀和后缀。

4.2 原理

介绍了简单的用法之后，我们再来看看这个StringJoiner的原理，看看他到底是如何实现的。主要看一下add方法：

public StringJoiner add(CharSequence newElement) {
    prepareBuilder().append(newElement);
    return this;
}

private StringBuilder prepareBuilder() {
    if (value != null) {
        value.append(delimiter);
    } else {
        value = new StringBuilder().append(prefix);
    }
    return value;
}

看到了一个熟悉的身影——StringBuilder ，没错，StringJoiner 其实就是依赖 StringBuilder 实现的

4.3 为什么需要 StringJoiner

试想，在 Java 中，如果我们有这样一个 List：

List<String> list = ImmutableList.of("Hollis","hollischuang","Java干货");

如果我们想要把他拼接成一个以下形式的字符串：

Hollis,hollischuang,Java干货

以上需求只需要一行代码：

list.stream().collect(Collectors.joining(":"))

即可。上面用的表达式中，Collectors.joining的源代码如下：

public static Collector<CharSequence, ?, String> joining(CharSequence delimiter,
                                                         CharSequence prefix,
                                                         CharSequence suffix) {
    return new CollectorImpl<>(
            () -> new StringJoiner(delimiter, prefix, suffix),
            StringJoiner::add, StringJoiner::merge,
            StringJoiner::toString, CH_NOID);
}

其实现原理就是借助了StringJoiner。

当然，或许在Collector中直接使用StringBuilder似乎也可以实现类似的功能，只不过稍微麻烦一些。所以，Java 8中提供了StringJoiner来丰富Stream的用法。

而且StringJoiner也可以方便的增加前缀和后缀，比如我们希望得到的字符串是[Hollis,hollischuang,Java干货]而不是Hollis,hollischuang,Java干货的话，StringJoiner的优势就更加明显了。

4.4 StirngJoiner 总结

Java 8 中提供的可变字符串类——StringJoiner，可以用于字符串拼接。

StringJoiner 其实是通过 StringBuilder 实现的，所以他的性能和 StringBuilder 差不多，也是非线程安全的。

如果日常开发中中，需要进行字符串拼接，如何选择？

  • 如果只是简单的字符串拼接，考虑直接使用+即可。
  • 如果是在 for 循环中进行字符串拼接，考虑使用StringBuilder和StringBuffer。
  • 如果是通过一个List进行字符串拼接，则考虑使用StringJoiner。

三、效率比较

既然有这么多种字符串拼接的方法，那么到底哪一种效率最高呢？我们来简单对比一下。

long t1 = System.currentTimeMillis();
//这里是初始字符串定义
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
    //这里是字符串拼接代码
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("cost:" + (t2 - t1));

我们使用形如以上形式的代码，分别测试下五种字符串拼接代码的运行时间。得到结果如下：

+ cost:5119
StringBuilder cost:3
StringBuffer cost:4
concat cost:3623
StringUtils.join cost:25726

从结果可以看出，用时从短到长的对比是：

StringBuilder < StringBuffer < concat < + <StringUtils.join

StringBuffer在StringBuilder的基础上，做了同步处理，所以在耗时上会相对多一些。

StringUtils.join 也是使用了 StringBuilder，并且其中还是有很多其他操作，所以耗时较长，这个也容易理解。其实 StringUtils.join 更擅长处理字符串数组或者列表的拼接。

那么问题来了，前面我们分析过，其实使用+拼接字符串的实现原理也是使用的StringBuilder，那为什么结果相差这么多，高达1000多倍呢？

我们再把以下代码反编译下：

long t1 = System.currentTimeMillis();
String str = "hollis";
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
    String s = String.valueOf(i);
    str += s;
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("+ cost:" + (t2 - t1));

反编译后代码如下：

long t1 = System.currentTimeMillis();
String str = "hollis";
for(int i = 0; i < 50000; i++)
{
    String s = String.valueOf(i);
    str = (new StringBuilder()).append(str).append(s).toString();
}

long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println((new StringBuilder()).append("+ cost:").append(t2 - t1).toString());

我们可以看到，反编译后的代码，在for循环中，每次都是new了一个StringBuilder，然后再把String转成StringBuilder，再进行append。

而频繁的新建对象当然要耗费很多时间了，不仅仅会耗费时间，频繁的创建对象，还会造成内存资源的浪费。

所以，阿里巴巴Java开发手册建议：循环体内，字符串的连接方式，使用 StringBuilder 的 append 方法进行扩展。而不要使用+。

四、总结

本文介绍了什么是字符串拼接，虽然字符串是不可变的，但是还是可以通过新建字符串的方式来进行字符串的拼接。

常用的字符串拼接方式有五种，分别是使用+、使用concat、使用StringBuilder、使用StringBuffer以及使用StringUtils.join。

由于字符串拼接过程中会创建新的对象，所以如果要在一个循环体中进行字符串拼接，就要考虑内存问题和效率问题。

因此，经过对比，我们发现，直接使用StringBuilder的方式是效率最高的。因为StringBuilder天生就是设计来定义可变字符串和字符串的变化操作的。

但是，还要强调的是：

  1. 如果不是在循环体中进行字符串拼接的话，直接使用+就好了。

  2. 如果在并发场景中进行字符串拼接的话，要使用StringBuffer来代替StringBuilder。

原文：https://www.hollischuang.com/archives/3186

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