Java中的StringBuilder类功能详解

字符串是Java程序中最常用的一种数据结构之一。在Java中的String类已经重载的"+"。也就是说，字符串可以直接使用"+"进行连接，如下面代码所示：

String s = "abc" + "ddd";

但这样做真的好吗？当然，这个问题不能简单地回答yes or no。要根据具体情况来定。在Java中提供了一个StringBuilder类（这个类只在J2SE5及以上版本提供，以前的版本使用StringBuffer类），这个类也可以起到"+"的作用。那么我们应该用哪个呢？

下面让我们先看看如下的代码：

package string;
public class TestSimplePlus
{
public static void main(String[] args)
{
String s = "abc";
String ss = "ok" + s + "xyz" + 5;
System.out.println(ss);
}
}

上面的代码将会输出正确的结果。从表面上看，对字符串和整型使用"+"号并没有什么区别，但事实真的如此吗？下面让我们来看看这段代码的本质。

我们首先使用反编译工具（如jdk带的javap、或jad）将TestSimplePlus反编译成Java Byte Code，其中的奥秘就一目了然了。在本文将使用jad来反编译，命令如下：

jad -o -a -s d.java TestSimplePlus.class

反编译后的代码如下：

package string;
import java.io.PrintStream;
public class TestSimplePlus
{
public TestSimplePlus()
{
// 0 0:aload_0
// 1 1:invokespecial #8 < Method void Object()>
// 2 4:return
}
public static void main(String args[])
{
String s = "abc";
// 0 0:ldc1 #16 < String "abc">
// 1 2:astore_1
String ss = (new StringBuilder("ok")).append(s).append("xyz").append(5).toString();
// 2 3:new #18 < Class StringBuilder>
// 3 6:dup
// 4 7:ldc1 #20 < String "ok">
// 5 9:invokespecial #22 < Method void StringBuilder(String)>
// 6 12:aload_1
// 7 13:invokevirtual #25 < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
// 8 16:ldc1 #29 < String "xyz">
// 9 18:invokevirtual #25 < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
// 10 21:iconst_5
// 11 22:invokevirtual #31 < Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
// 12 25:invokevirtual #34 < Method String StringBuilder.toString()>
// 13 28:astore_2
System.out.println(ss);
// 14 29:getstatic #38 < Field PrintStream System.out>
// 15 32:aload_2
// 16 33:invokevirtual #44 < Method void PrintStream.println(String)>
// 17 36:return
}
}

读者可能看到上面的Java字节码感到迷糊，不过大家不必担心。本文的目的并不是讲解Java Byte Code，因此，并不用了解具体的字节码的含义。

使用jad反编译的好处之一就是可以同时生成字节码和源代码。这样可以进行对照研究。从上面的代码很容易看出，虽然在源程序中使用了"+"，但在编译时仍然将"+"转换成StringBuilder。因此，我们可以得出结论，在Java中无论使用何种方式进行字符串连接，实际上都使用的是StringBuilder类。

那么是不是可以根据这个结论推出使用"+"和StringBuilder类的效果是一样的呢？这个要从两个方面的解释。如果从运行结果来解释，那么"+"和StringBuilder是完全等效的。但如果从运行效率和资源消耗方面看，那它们将存在很大的区别。

当然，如果连接字符串行表达式很简单（如上面的顺序结构），那么"+"和StringBuilder类基本是一样的，但如果结构比较复杂，如使用循环来连接字符串，那么产生的Java Byte Code就会有很大的区别。先让我们看看如下的代码：

package string;
import java.util.*;
public class TestComplexPlus
{
public static void main(String[] args)
{
String s = "";
Random rand = new Random();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
s = s + rand.nextInt(1000) + " ";
}
System.out.println(s);
}
}

上面的代码返编译后的Java Byte Code如下：

package string;
import java.io.PrintStream;
import java.util.Random;
public class TestComplexPlus
{
public TestComplexPlus()
{
// 0 0:aload_0
// 1 1:invokespecial #8 < Method void Object()>
// 2 4:return
}
public static void main(String args[])
{
String s = "";
// 0 0:ldc1 #16 < String "">
// 1 2:astore_1
Random rand = new Random();
// 2 3:new #18 < Class Random>
// 3 6:dup
// 4 7:invokespecial #20 < Method void Random()>
// 5 10:astore_2
for(int i = 0; i < 10; i++)
//* 6 11:iconst_0
//* 7 12:istore_3
//* 8 13:goto 49
s = (new StringBuilder(String.valueOf(s))).append(rand.nextInt(1000)).append(" ").toString();
// 9 16:new #21 < Class StringBuilder>
// 10 19:dup
// 11 20:aload_1
// 12 21:invokestatic #23 < Method String String.valueOf(Object)>
// 13 24:invokespecial #29 < Method void StringBuilder(String)>
// 14 27:aload_2
// 15 28:sipush 1000
// 16 31:invokevirtual #32 < Method int Random.nextInt(int)>
// 17 34:invokevirtual #36 < Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
// 18 37:ldc1 #40 < String " ">
// 19 39:invokevirtual #42 < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
// 20 42:invokevirtual #45 < Method String StringBuilder.toString()>
// 21 45:astore_1
// 22 46:iinc 3 1
// 23 49:iload_3
// 24 50:bipush 10
// 25 52:icmplt 16
System.out.println(s);
// 26 55:getstatic #49 < Field PrintStream System.out>
// 27 58:aload_1
// 28 59:invokevirtual #55 < Method void PrintStream.println(String)>
// 29 62:return
}
}

大家可以看到，虽然编译器将"+"转换成了StringBuilder类，但创建StringBuilder对象的位置却在for语句内部。这就意味着每执行一次循环，就会创建一个StringBuilder对象（对于本例来说，是创建了10个StringBuilder对象），虽然Java有垃圾回收器，但这个回收器的工作时间是不定的。如果不断产生这样的垃圾，那么仍然会占用大量的资源。解决这个问题的方法就是在程序中直接使用StringBuilder类来连接字符串，代码如下：

package string;
import java.util.*;
public class TestStringBuilder
{
public static void main(String[] args)
{
String s = "";
Random rand = new Random();
StringBuilder result = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
result.append(rand.nextInt(1000));
result.append(" ");
}
System.out.println(result.toString());
}
}

上面代码反编译后的结果如下：

package string;
import java.io.PrintStream;
import java.util.Random;
public class TestStringBuilder
{
public TestStringBuilder()
{
// 0 0:aload_0
// 1 1:invokespecial #8 < Method void Object()>
// 2 4:return
}
public static void main(String args[])
{
String s = "";
// 0 0:ldc1 #16 < String "">
// 1 2:astore_1
Random rand = new Random();
// 2 3:new #18 < Class Random>
// 3 6:dup
// 4 7:invokespecial #20 < Method void Random()>
// 5 10:astore_2
StringBuilder result = new StringBuilder();
// 6 11:new #21 < Class StringBuilder>
// 7 14:dup
// 8 15:invokespecial #23 < Method void StringBuilder()>
// 9 18:astore_3
for(int i = 0; i < 10; i++)
//* 10 19:iconst_0
//* 11 20:istore 4
//* 12 22:goto 47
{
result.append(rand.nextInt(1000));
// 13 25:aload_3
// 14 26:aload_2
// 15 27:sipush 1000
// 16 30:invokevirtual #24 < Method int Random.nextInt(int)>
// 17 33:invokevirtual #28 < Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
// 18 36:pop
result.append(" ");
// 19 37:aload_3
// 20 38:ldc1 #32 < String " ">
// 21 40:invokevirtual #34 < Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
// 22 43:pop
}
// 23 44:iinc 4 1
// 24 47:iload 4
// 25 49:bipush 10
// 26 51:icmplt 25
System.out.println(result.toString());
// 27 54:getstatic #37 < Field PrintStream System.out>
// 28 57:aload_3
// 29 58:invokevirtual #43 < Method String StringBuilder.toString()>
// 30 61:invokevirtual #47 < Method void PrintStream.println(String)>
// 31 64:return
}
}

从上面的反编译结果可以看出，创建StringBuilder的代码被放在了for语句外。虽然这样处理在源程序中看起来复杂，但却换来了更高的效率，同时消耗的资源也更少了。

在使用StringBuilder类时要注意，尽量不要"+"和StringBuilder混着用，否则会创建更多的StringBuilder对象，如下面代码所：

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
result.append(rand.nextInt(1000));
result.append(" ");
}

改成如下形式：

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
result.append(rand.nextInt(1000) + " ");
}

则反编译后的结果如下：

for(int i = 0; i < 10; i++)
//* 10 19:iconst_0
//* 11 20:istore 4
//* 12 22:goto 65
{
result.append((new StringBuilder(String.valueOf(rand.nextInt(1000)))).append(" ").toString());
// 13 25:aload_3
// 14 26:new #21 < Class StringBuilder>
// 15 29:dup

从上面的代码可以看出，Java编译器将"+"编译成了StringBuilder类，这样for语句每循环一次，又创建了一个StringBuilder对象。

如果将上面的代码在JDK1.4下编译，必须将StringBuilder改为StringBuffer，而JDK1.4将"+"转换为StringBuffer（因为JDK1.4并没有提供StringBuilder类）。StringBuffer和StringBuilder的功能基本一样，只是StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder不是线程安全的。因此，StringBuilder的效率会更高。

转自：http://developer.51cto.com/art/200906/132698.htm

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