羞,Java 字符串拼接竟然有这么多姿势

就在昨天,一位叫小菜的读者微信我说:

二哥,我今年大二,看你分享的《阿里巴巴 Java 开发手册》上有一段内容说:“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。”到底为什么啊,我平常一直就用的‘+’号操作符啊!二哥有空的时候能否写一篇文章分析一下呢?

我当时看到这条微信的第一感觉是:小菜你也太菜了吧,这都不知道为啥啊!我估计正在读这篇文章的你也会有同样的感觉。

但扪心自问,在我做程序员的前两年内,我也不知道为啥。遇到字符串拼接就上“+”号操作符,甭管是不是在循环体内。和小菜比起来,我当时可没他这么幸运,还有一位热心的“二哥”能够分享这份价值连城的开发手册。

既然我这么热心分享,不如好人做到底,对不对?我就认认真真地写一篇文章,给小菜解惑一下。

01、“+”号操作符

要说姿势,“+”号操作符必须是字符串拼接最常用的一种了,没有之一。

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String chenmo = "沉默";
String wanger = "王二";

System.out.println(chenmo + wanger);

我们把这段代码使用 JAD 反编译一下。

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String chenmo = "\u6C89\u9ED8"; // 沉默
String wanger = "\u738B\u4E8C"; // 王二
System.out.println((new StringBuilder(String.valueOf(chenmo))).append(wanger).toString());

我去,原来编译的时候把“+”号操作符替换成了 StringBuilder 的 append 方法。也就是说,“+”号操作符在拼接字符串的时候只是一种形式主义,让开发者使用起来比较简便,代码看起来比较简洁,读起来比较顺畅。算是 Java 的一种语法糖吧。

02、StringBuilder

除去“+”号操作符,StringBuilder 的 append 方法就是第二个常用的字符串拼接姿势了。

先来看一下 StringBuilder 类的 append 方法的源码:

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

这 3 行代码没啥可看的,可看的是父类 AbstractStringBuilder 的 append 方法:

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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:

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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)拼接后的字符数组长度是否超过当前值,如果超过,进行扩容并复制。ensureCapacityInternal 方法的源码如下:

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

3)将拼接的字符串 str 复制到目标数组 value 中。

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

03、StringBuffer

先有 StringBuffer 后有 StringBuilder,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。

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

StringBuffer 类的 append 方法比 StringBuilder 多了一个关键字 synchronized,可暂时忽略 toStringCache = null

synchronized 是 Java 中的一个非常容易脸熟的关键字,是一种同步锁。它修饰的方法被称为同步方法,是线程安全的。

04、String 类的 concat 方法

单就姿势上来看,String 类的 concat 方法就好像 StringBuilder 类的 append。

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String chenmo = "沉默";
String wanger = "王二";

System.out.println(chenmo.concat(wanger));

文章写到这的时候,我突然产生了一个奇妙的想法。假如有这样两行代码:

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chenmo += wanger
chenmo = chenmo.concat(wanger)

它们之间究竟有多大的差别呢?

之前我们已经了解到,chenmo += wanger 实际上相当于 (new StringBuilder(String.valueOf(chenmo))).append(wanger).toString()

要探究“+”号操作符和 concat 之间的差别,实际上要看 append 方法和 concat 方法之间的差别。

append 方法的源码之前分析过了。我们就来看一下 concat 方法的源码吧。

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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。

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if (otherLen == 0) {
    return this;
}

2)将原字符串的字符数组 value 复制到变量 buf 数组中。

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char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);

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。

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str.getChars(buf, len);
return new String(buf, true);

通过源码分析我们大致可以得出以下结论:

1)如果拼接的字符串是 null,concat 时候就会抛出 NullPointerException,“+”号操作符会当做是“null”字符串来处理。

2)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。

3)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多,开销就越大。

注意了!!!

弱弱地问一下啊,还有在用 JSP 的同学吗?EL 表达式中是不允许使用“+”操作符来拼接字符串的,这时候就只能用 concat 了。

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${chenmo.concat('-').concat(wanger)}

05、String 类的 join 方法

JDK 1.8 提供了一种新的字符串拼接姿势:String 类增加了一个静态方法 join。

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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,比如说:

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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

我们来看一下 join 方法的源码:

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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();
}

发现了一个新类 StringJoiner,类名看起来很 6,读起来也很顺口。StringJoiner 是 java.util 包中的一个类,用于构造一个由分隔符重新连接的字符序列。限于篇幅,本文就不再做过多介绍了,感兴趣的同学可以去了解一下。

06、StringUtils.join

实战项目当中,我们处理字符串的时候,经常会用到这个类——org.apache.commons.lang3.StringUtils,该类的 join 方法是字符串拼接的一种新姿势。

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String chenmo = "沉默";
String wanger = "王二";

StringUtils.join(chenmo, wanger);

该方法更善于拼接数组中的字符串,并且不用担心 NullPointerException。

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

通过查看源码我们可以发现,其内部使用的仍然是 StringBuilder。

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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();
}

大家读到这,不约而同会有这样一种感觉:我靠(音要拖长),没想到啊没想到,字符串拼接足足有 6 种姿势啊,晚上回到家一定要一一尝试下。

07、给小菜一个答复

我相信,小菜读到我这篇文章的时候,他一定会明白为什么阿里巴巴不建议在 for 循环中使用”+”号操作符进行字符串拼接了。

来看两段代码。

第一段,for 循环中使用”+”号操作符。

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

第二段,for 循环中使用 append。

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

这两段代码分别会耗时多长时间呢?在我的 iMac 上测试出的结果是:

1)第一段代码执行完的时间为 6212 毫秒

2)第二段代码执行完的时间为 1 毫秒

差距也太特么大了吧!为什么呢?

我相信有不少同学已经有了自己的答案:第一段的 for 循环中创建了大量的 StringBuilder 对象,而第二段代码至始至终只有一个 StringBuilder 对象。

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