字符串拼接与性能分析

原文出处:http://www.venishjoe.net/2009/11/java-string-concatenation-and.html
转自：http://coolshell.cn/articles/2235.html

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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。

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：

public class StringTest {
    private static final int OUT_MAX_INDEX = 20;
    private static final int INNER_MAX_INDEX = 50000;
 
    public static void main(String[] args) {
        String addTestStr = "";
        String concatTestStr = "";
        StringBuffer concatTestSb = null;
        StringBuilder concatTestSbu = null;
 
        for (int i = 0; i <= OUT_MAX_INDEX; i++) {
            StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringAddConcat");
            addTestStr = "";
            for (int j = 0; j <= INNER_MAX_INDEX; j++) {
                addTestStr += "*";
            }
            stopWatch.stop();
        }
 
        for (int i = 0; i <= OUT_MAX_INDEX; i++) {
            StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringConcat");
            concatTestStr = "";
            for (int j = 0; j <= INNER_MAX_INDEX; j++) {
                concatTestStr = concatTestStr.concat("*");
            }
            stopWatch.stop();
        }
 
        for (int i = 0; i <= OUT_MAX_INDEX; i++) {
            StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringBufferConcat");
            concatTestSb = new StringBuffer();
            for (int j = 0; j <= INNER_MAX_INDEX; j++) {
                concatTestSb.append("*");
            }
            stopWatch.stop();
        }
 
        for (int outerIndex = 0; outerIndex <= OUT_MAX_INDEX; outerIndex++) {
            StopWatch stopWatch = new LoggingStopWatch("StringBuilderConcat");
            concatTestSbu = new StringBuilder();
            for (int innerIndex = 0; innerIndex <= INNER_MAX_INDEX; 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。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：

[java]
new #6; //class java/lang/StringBuilder
dup
invokespecial #7; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
aload_1
invokevirtual #8; //Method java/lang/StringBuilder.append:
(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
ldc #9; //String *
invokevirtual #8; //Method java/lang/StringBuilder.append:
(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
invokevirtual #10; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()
Ljava/lang/String;
astore_1
iinc 7, 1
goto 38
[/java]

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。

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结论：
即使在做最简单的字符串拼接时，如果我们不想创建StringBuffer或StringBuilder实例，我们也因该使用concat，而不是直接用操作符”+”。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。