【174期】面试官问：StringBuider 在什么条件下、如何使用效率更高？

Java精选 2022-08-09

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引言

都说 StringBuilder 在处理字符串拼接上效率要强于 String，但有时候我们的理解可能会存在一定的偏差。最近我在测试数据导入效率的时候就发现我以前对 StringBuilder 的部分理解是错误的。后来我通过实践测试 + 找原理的方式搞清楚了这块的逻辑。现在将过程分享给大家。

测试用例

我们的代码在循环中拼接字符串一般有两种情况

第一种就是每次循环将对象中的几个字段拼接成一个新字段，再赋值给对象
第二种操作是在循环外创建一个字符串对象，每次循环向该字符串拼接新的内容。循环结束后得到拼接好的字符串

对于这两种情况，我创建了两个对照组第一组：在每次 For 循环中拼接字符串，即拼即用、用完即毁。分别使用 String 和 StringBuilder 拼接

public static void useString(){
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            String str = str1 + i + str2 + i + str3 + i + str4 ;
        }
    }


    public static void useStringBuilder(){
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            String s = sb.append(str1).append(i).append(str2).append(i).append(str3).append(i).append(str4).toString();
        }
    }

第二组：

多次 For 循环拼接一个字符串，循环结束后使用字符串，使用后由垃圾回收器回收。也是分别使用 String 和 StringBuilder 拼接

public static void useStringSpliceOneStr (){
        String str = "";
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_LOWER; i++) {
            str += str1 + str2 + str3 + str4 + i;
        }
    }


    public static void useStringBuilderSpliceOneStr(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_LOWER; i++) {
            sb.append(str1).append(str2).append(str3).append(str4).append(i);
        }
    }

为了保证测试质量，在每个测试项目进行前。线程休息 2s，之后空跑 5 次热身。最后执行 5 次求平均时间的方式计算时间

public static int executeSometime(int kind, int num) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(2000);
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < num + 5; i++) {
            long begin = System.currentTimeMillis();

            switch (kind){
                case 1:
                    useString();
                    break;
                case 2:
                    useStringBuilder();
                    break;
                case 3:
                    useStringSpliceOneStr();
                    break;
                case 4:
                    useStringBuilderSpliceOneStr();
                    break;
                default:
                    return 0;
            }

            long end = System.currentTimeMillis();

            if(i > 5){
                sum += (end - begin);
            }
        }
        return sum / num;
    }

主方法

public class StringTest {
    public static final int CYCLE_NUM_BIGGER = 10_000_000;
    public static final int CYCLE_NUM_LOWER = 10_000;
    public static final String str1 = "张三";
    public static final String str2 = "李四";
    public static final String str3 = "王五";
    public static final String str4 = "赵六";

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int time = 0;
        int num = 5;

        time = executeSometime(1, num);
        System.out.println("String拼接 "+ CYCLE_NUM_BIGGER +" 次，" + num + "次平均时间：" + time + " ms");

        time = executeSometime(2, num);
        System.out.println("StringBuilder拼接 "+ CYCLE_NUM_BIGGER +" 次，" + num + "次平均时间：" + time + " ms");

        time = executeSometime(3, num);
        System.out.println("String拼接单个字符串 "+ CYCLE_NUM_LOWER +" 次，" + num + "次平均时间：" + time + " ms");

        time = executeSometime(4, num);
        System.out.println("StringBuilder拼接单个字符串 "+ CYCLE_NUM_LOWER +" 次，" + num + "次平均时间：" + time + " ms");

    }
}

测试结果

测试结果如下

结果分析

第一组

10_000_000 次循环拼接，在循环内使用 String 和 StringBuilder 的效率是一样的！为什么呢？使用 javap -c StringTest.class 反编译查看两个方法编译后的文件：

可以发现 String 方法拼接字符串编译器优化后使用的就是 StringBuilder、因此用例1 和用例2 的效率是一样的。

第二组

第二组的结果就是大家喜闻乐见的了，由于 10_000_000 次循环String 拼接实在太慢所以我采用了 10_000 次拼接来分析。分析用例3：虽然编译器会对 String 拼接做优化，但是它每次在循环内创建 StringBuilder 对象，在循环内销毁。下次循环他有创建。相比较用例4在循环外创建，多了 n 次 new 对象、销毁对象的操作、n - 1 次将 StringBuilder 转换成 String 的操作。效率低也是理所应当了。

扩展

第一组的测试还有一种写法：

public static void useStringBuilderOut(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {

            sb.delete(0, sb.length());
            String s = sb.append(str1).append(i).append(str2).append(i).append(str3).append(i).append(str4).toString();
        }
    }

循环外创建 StringBuilder 每次循环开始的时候清空 StringBuilder 的内容然后拼接。

这种写法无论使用 sb.setLength(0); 还是 sb.delete(0, sb.length()); 效率都比直接在循环内使用 String / StringBuilder 慢。

奈何才疏学浅我一直想不明白为什么他慢。我猜测是 new 对象的速度比重置长度慢，于是这样测试了以下：

public static void createStringBuider() {
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
        }
    }

    public static void cleanStringBuider() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {
            sb.delete(0, sb.length());
        }
    }

但是结果是 cleanStringBuider 更快。

让我摸不着头脑如果有大神看到希望可以帮忙分析分析

结论

编译器会将 String 拼接优化成使用 StringBuilder，但是还是有一些缺陷的。主要体现在循环内使用字符串拼接，编译器不会创建单个 StringBuilder 以复用
对于多次循环内拼接一个字符串的需求：StringBuilder 很快，因为其避免了 n 次 new 对象、销毁对象的操作，n - 1 次将 StringBuilder 转换成 String 的操作
StringBuilder 拼接不适用于循环内每次拼接即用的操作方式。因为编译器优化后的 String 拼接也是使用 StringBuilder 两者的效率一样。后者写起来还方便...