Java学习第一百四十部分——字符串拼接性能

目录

一、前言简介

二、背景说明

三、低效方式

四、高效方式

五、性能对比

六、注意事项

七、总结归纳

一、前言简介

       在Java中，字符串拼接是一个常见的操作，但不同的拼接方式对性能的影响很大。特别是在循环中进行字符串拼接时，选择合适的工具可以显著提高性能。

二、背景说明

       在Java中，`String` 是不可变的（immutable）。这意味着每次对字符串进行修改（如拼接）时，都会创建一个新的字符串对象。例如：

String s = "a";
s += "b"; // 实际上是 s = new String("ab");

       每次使用 `+` 操作符拼接字符串时，都会创建一个新的 `String` 对象。

三、低效方式

       在循环中使用 `+` 操作符拼接字符串是非常低效的，因为每次拼接都会创建一个新的字符串对象，导致大量的临时对象产生。这些临时对象会占用内存，并且需要垃圾回收器（GC）来清理，从而增加系统的开销。

示例代码：

String s = "";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    s += i; // 等价于 s = new StringBuilder(s).append(i).toString()
}

每次执行 `s += i` 时，实际上会执行以下步骤： 1. 创建一个新的 `StringBuilder` 对象，初始化为当前的 `s`。 2. 调用 `StringBuilder` 的 `append` 方法，将 `i` 添加到 `StringBuilder` 中。 3. 调用 `StringBuilder` 的 `toString` 方法，生成一个新的 `String` 对象。 4. 将新生成的 `String` 对象赋值给 `s`。

因此，每次循环都会创建一个新的 `StringBuilder` 和一个新的 `String` 对象，导致性能低下。

四、高效方式

       为了提高字符串拼接的性能，Java提供了 `StringBuilder` 类（从Java 5开始引入）。并且，`StringBuilder` 是一个可变的字符序列，它允许在同一个对象上进行多次修改，而不需要每次都创建新的对象。

示例代码：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sb.append(i);
}
String result = sb.toString();

在这个例子中： 1. 创建了一个 `StringBuilder` 对象 `sb`。 2. 在循环中，每次调用 `sb.append(i)`，都会将 `i` 添加到 `StringBuilder` 的当前内容中，而不会创建新的对象。 3. 最后，调用 `sb.toString()` 生成最终的字符串。

五、性能对比

（1）使用 `+` 操作符：

• 每次拼接都会创建一个新的 `StringBuilder` 和一个新的 `String` 对象。

• 时间复杂度为 \\(O(n^2)\\)，因为每次拼接都需要复制整个字符串。

• 产生大量的临时对象，增加内存开销和垃圾回收的负担。

（2）使用 `StringBuilder`：

• 只创建一个 `StringBuilder` 对象。

• 每次调用 `append` 方法时，直接在同一个对象上进行修改，不需要创建新的对象。

• 时间复杂度为 \\(O(n)\\)，因为每次拼接只需要常数时间。

• 产生较少的临时对象，减少内存开销和垃圾回收的负担。

六、注意事项

（1）`StringBuffer`：`StringBuffer` 与 `StringBuilder` 类似，但它是线程安全的。因此，`StringBuffer` 的性能比 `StringBuilder` 稍差，因为它需要进行同步操作。在单线程环境中，推荐使用 `StringBuilder`。 （2）字符串字面量拼接：在编译时，字符串字面量的拼接会被优化。例如：

  String s = "a" + "b"; // 编译时会被优化为 "ab"

但是，这种优化只适用于字符串字面量，不适用于变量。

七、总结归纳

• 低效方式：在循环中使用 `+` 操作符拼接字符串，会产生大量临时对象，导致性能低下。

• 高效方式：使用 `StringBuilder` 进行字符串拼接，可以显著提高性能，减少内存开销和垃圾回收的负担。

• 推荐：在需要频繁进行字符串拼接的场景中，优先使用 `StringBuilder`。