String和StringBuffer之概覽

2019-11-18 12:51:42

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String和StringBuffer之概覽
　　非可變對象一旦創建之后就不能再被改變，可變對象則可以在創建之后被改變。String對象是非可變對象，StringBuffer對象則是可變對象。為獲得更佳的性能你需要根據實際情況小心謹慎地選擇到底使用這兩者中的某一個。下面的話題會作具體的闡述。（注重：這個章節假設讀者已經具備java的String和StringBuffer的相關基礎知識。）

創建字符串的較佳途徑
你可以按照以下方式創建字符串對象：
1. String s1 = "hello";
    String s2 = "hello";
2. String s3 = new String("hello");
    String s4 = new String("hello");

上面哪種方式會帶來更好的性能呢？下面的代碼片斷用來測量二者之間的區別。

StringTest1.java
package com.performance.string;
/** This class shows the time taken for creation of
*  String literals and String objects.
*/
public class StringTest1 {
public static void main(String[] args){
    // create String literals
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<50000;i++){
    String s1 = "hello";
    String s2 = "hello";
    }
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.                  + (endTime - startTime) + " milli seconds" );
    // create String objects using 'new' key Word
    long startTime1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<50000;i++){
    String s3 = new String("hello");
    String s4 = new String("hello");
    }
    long endTime1 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for creation of String objects : "
                  + (endTime1 - startTime1)+" milli seconds");
    }
}
這段代碼的輸出：
Time taken for creation of String literals : 0 milli seconds
Time taken for creation of String objects : 170 milli seconds

JVM是怎樣處理字符串的呢？
　　Java虛擬機會維護一個內部的滯留字符串對象的列表（唯一字符串的池）來避免在堆內存中產生重復的String對象。當JVM從class文件里加載字符串字面量并執行的時候，它會先檢查一下當前的字符串是否已經存在于滯留字符串列表，假如已經存在，那就不會再創建一個新的String對象而是將引用指向已經存在的String對象，JVM會在內部為字符串字面量作這種檢查，但并不會為通過new要害字創建的String對象作這種檢查。當然你可以明確地使用String.intern()方法強制JVM為通過 new要害字創建的String對象作這樣的檢查。這樣可以強制JVM檢查內部列表而使用已有的String對象。
　　所以結論是，JVM會內在地為字符串字面量維護一些唯一的String對象，程序員不需要為字符串字面量而發愁，但是可能會被一些通過 new要害字創建的String對象而困擾，不過他們可以使用intern()方法來避免在堆內存上創建重復的String對象來改善Java的運行性能。下一小節會向大家展示更多的信息。

下圖展示了未使用intern()方法來創建字符串的情況。

string_creating_without_intern() method
　　你可以自己使用==操作符和String.equals()方法來編碼測試上面提到的區別。==操作符會返回true假如一些引用指向一個相同的對象但不會判定String對象的內容是否相同；String.equals()方法會返回true假如被操作的String對象的內容相同。對于上面的代碼會有s1==s2，因為s1和s2兩個引用指向同一個對象，對于上面的代碼，s3.equals(s4)會返回true因為兩個對象的內容都一樣為”hello”。你可以從上圖看出這種機制。在這里有三個獨立的包含了相同的內容（”hello”）的對象，實際上我們不需要這么三個獨立的對象—— 因為要運行它們的話既浪費時間又浪費內存。

　　那么怎樣才能確保String對象不會重復呢？下一個話題會涵蓋對于內建String機制的愛好。

滯留字符串的優化作用
　　同一個字符串對象被重復地創建是不必要的，String.intern ()方法可以避免這種情況。下圖說明了String.intern()方法是如何工作的，String.intern()方法檢查字符串對象的存在性，假如需要的字符串對象已經存在，那么它會將引用指向已經存在的字符串對象而不是重新創建一個。下圖描繪了使用了intern()方法的字符串字面量和字符串對象的創建情況。

string_creating_with_intern() method
下面的例程幫助大家了解String.intern()方法的重要性。
StringTest2.java

package com.performance.string;
// This class shows the use of intern() method to improve performance
public class StringTest2 {
public static void main(String[] args){
    // create String references like s1,s2,s3...so on..
    String variables[] = new String[50000];
    for( int i=0;i<variables.length;i++){
        variables[i] = "s"+i;
    }
    // create String literals
    long startTime0 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<variables.length;i++){
        variables[i] = "hello";
    }
    long endTime0 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for creation of String literals : "
                         + (endTime0 - startTime0) + " milli seconds" );
    // create String objects using 'new' keyword
    long startTime1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<variables.length;i++){
        variables[i] = new String("hello");
    }
    long endTime1 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for creation of String objects with 'new' key word : "
                        + (endTime1 - startTime1)+" milli seconds");
    // intern String objects with intern() method
    long startTime2 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<variables.length;i++){
        variables[i] = new String("hello");
        variables[i] = variables[i].intern();
    }
    long endTime2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for creation of String objects with intern(): "
                        + (endTime2 - startTime2)+" milli seconds");
    }
}
這是上面那段代碼的輸出結果：
Time taken for creation of String literals : 0 milli seconds
Time taken for creation of String objects with 'new' key word : 160 milli seconds
Time taken for creation of String objects with intern(): 60 milli seconds

連接字符串時候的優化技巧
　　你可以使用+操作符或者String.concat()或者StringBuffer.append()等辦法來連接多個字符串，那一種辦法具有最佳的性能呢？
　　如何作出選擇取決于兩種情景，第一種情景是需要連接的字符串是在編譯期決定的還是在運行期決定的，第二種情景是你使用的是 StringBuffer還是String。通常程序員會認為StringBuffer.append()方法會優于+操作符或 String.concat()方法，但是在一些特定的情況下這個假想是不成立的。

1) 第一種情景：編譯期決定相對于運行期決定
請看下面的StringTest3.java代碼和輸出結果。

package com.performance.string;
/** This class shows the time taken by string concatenation at compile time and run time.*/
public class StringTest3 {
  public static void main(String[] args){
    //Test the String Concatination
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<5000;i++){
    String result = "This is"+ "testing the"+ "difference"+ "between"+
            "String"+ "and"+ "StringBuffer";
    }
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for string concatenation using + Operator : "
         + (endTime - startTime)+ " milli seconds");
    //Test the StringBuffer Concatination
    long startTime1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<5000;i++){
    StringBuffer result = new StringBuffer();
         result.append("This is");
        result.append("testing the");
        result.append("difference");
        result.append("between");
       result.append("String");
       result.append("and");
       result.append("StringBuffer");
     }
    long endTime1 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for String concatenation using StringBuffer : "
           + (endTime1 - startTime1)+ " milli seconds");
  }
}
這是上面的代碼的輸出結果：
Time taken for String concatenation using + operator : 0 milli seconds
Time taken for String concatenation using StringBuffer : 50 milli seconds
很有趣地，+操作符居然比StringBuffer.append()方法要快，為什么呢？

　　這里編譯器的優化起了要害作用，編譯器像下面舉例的那樣簡單地在編譯期連接多個字符串。它使用編譯期決定取代運行期決定，在你使用new要害字來創建String對象的時候也是如此。

編譯前：
String result = "This is"+"testing the"+"difference"+"between"+"String"+"and"+"StringBuffer";
編譯后：
String result = "This is testing the difference between String and StringBuffer";

這里String對象在編譯期就決定了而StringBuffer對象是在運行期決定的。運行期決定需要額外的開銷當字符串的值無法預先知道的時候，編譯期決定作用于字符串的值可以預先知道的時候，下面是一個例子。

編譯前：
public String getString(String str1,String str2) {
    return str1+str2;
}
編譯后：
return new StringBuffer().append(str1).append(str2).toString();
運行期決定需要更多的時間來運行。

2) 第二種情景：使用StringBuffer取代String
看看下面的代碼你會發現與情景一相反的結果——連接多個字符串的時候StringBuffer要比String快。
StringTest4.java

package com.performance.string;
/** This class shows the time taken by string concatenation
using + operator and StringBuffer  */
public class StringTest4 {
public static void main(String[] args){
    //Test the String Concatenation using + operator
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    String result = "hello";
    for(int i=0;i<1500;i++){
        result += "hello";
    }
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for string concatenation using + operator : "
                  + (endTime - startTime)+ " milli seconds");
    //Test the String Concatenation using StringBuffer
    long startTime1 = System.currentTimeMillis();
    StringBuffer result1 = new StringBuffer("hello");
    for(int i=0;i<1500;i++){
        result1.append("hello");
    }
    long endTime1 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time taken for string concatenation using StringBuffer :  "
                  + (endTime1 - startTime1)+ " milli seconds");
    }
}
這是上面的代碼的輸出結果：
Time taken for string concatenation using + operator : 280 milli seconds
Time taken for String concatenation using StringBuffer : 0 milli seconds
看得出StringBuffer.append()方法要比+操作符要快得多，為什么呢？

　　原因是兩者都是在運行期決定字符串對象，但是+操作符使用不同于StringBuffer.append()的規則通過String和StringBuffer來完成字符串連接操作。（譯注：什么樣的規則呢？）

借助StringBuffer的初始化過程的優化技巧
　　你可以通過StringBuffer的構造函數來設定它的初始化容量，這樣可以明顯地提升性能。這里提到的構造函數是StringBuffer(int length)，length參數表示當前的StringBuffer能保持的字符數量。你也可以使用ensureCapacity(int minimumcapacity)方法在StringBuffer對象創建之后設置它的容量。首先我們看看StringBuffer的缺省行為，然后再找出一條更好的提升性能的途徑。

StringBuffer的缺省行為：
　　StringBuffer在內部維護一個字符數組，當你使用缺省的構造函數來創建StringBuffer對象的時候，因為沒有設置初始化字符長度，StringBuffer的容量被初始化為16個字符，也就是說缺省容量就是16個字符。當StringBuffer達到最大容量的時候，它會將自身容量增加到當前的2倍再加2，也就是（2*舊值+2）。
　　假如你使用缺省值，初始化之后接著往里面追加字符，在你追加到第16個字符的時候它會將容量增加到34（2*16+2），當追加到34個字符的時候就會將容量增加到70（2*34+2）。無論何事只要StringBuffer到達它的最大容量它就不得不創建一個新的字符數組然后重新將舊字符和新字符都拷貝一遍——這也太昂貴了點。所以總是給StringBuffer設置一個合理的初始化容量值是錯不了的，這樣會帶來立竿見影的性能增益。
　　我利用兩個StringBuffer重新測試了上面的StringTest4.java代碼，一個未使用初始化容量值而另一個使用了。這次我追加了50000個’hello’對象沒有使用+操作符。區別是我使用StringBuffer(250000)的構造函數來初始化第二個 StringBuffer了。

輸出結果如下：
Time taken for String concatenation using StringBuffer with out setting size: 280 milli seconds
Time taken for String concatenation using StringBuffer with setting size: 0 milli seconds
StringBuffer初始化過程的調整的作用由此可見一斑。所以，使用一個合適的容量值來初始化StringBuffer永遠都是一個最佳的建議。

要害點
1. 無論何時只要可能的話使用字符串字面量來常見字符串而不是使用new要害字來創建字符串。
2. 無論何時當你要使用new要害字來創建很多內容重復的字符串的話，請使用String.intern()方法。
3. +操作符會為字符串連接提供最佳的性能——當字符串是在編譯期決定的時候。
4. 假如字符串在運行期決定，使用一個合適的初期容量值初始化的StringBuffer會為字符串連接提供最佳的性能。

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