StringBuider 在什麼條件下使用效率更高？

引言

都說 StringBuilder 在處理字元串拼接上效率要強于 String，但有時候我們的了解可能會存在一定的偏差。

最近我在測試資料導入效率的時候就發現我以前對 StringBuilder 的部分了解是錯誤的。後來我通過實踐測試 + 找原理 的方式搞清楚了這塊的邏輯。現在将過程分享給大家

測試用例

我們的代碼在循環中拼接字元串一般有兩種情況

第一種就是每次循環将對象中的幾個字段拼接成一個新字段，再指派給對象

第二種操作是在循環外建立一個字元串對象，每次循環向該字元串拼接新的内容。循環結束後得到拼接好的字元串

對于這兩種情況，我建立了兩個對照組

第一組：

在每次 For 循環中拼接字元串，即拼即用、用完即毀。分别使用 String 和 StringBuilder 拼接

/**  
 * 循環内 String 拼接字元串，一次循環後銷毀  
 */  
public static void useString(){  
    for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {  
        String str = str1 + i + str2 + i + str3 + i + str4 ;  
    }  
}  

/**  
 * 循環内 使用 StringBuilder 拼接字元串，一次循環後銷毀  
 */  
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();  
    }  
}         

第二組：

多次 For 循環拼接一個字元串，循環結束後使用字元串，使用後由垃圾回收器回收。也是分别使用 String 和

StringBuilder

拼接

/**  
 * 多次循環拼接成一個字元串 用 String
public static void useStringSpliceOneStr (){  
    String str = "";  
    for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_LOWER; i++) {  
        str += str1 + str2 + str3 + str4 + i;  
    }  
}  

/**  
 * 多次循環拼接成一個字元串 用 StringBuilder
 */  
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);  
    }  
}         

為了保證測試品質，在每個測試項目進行前。線程休息 2s，之後空跑 5 次熱身。最後執行 5 次求平均時間的方式計算時間

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 = "張三";  
    public static final String str2 = "李四";  
    public static final String str3 = "王五";  
    public static final String str4 = "趙六";  


    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 + "次平均時間：" + time + " ms");  

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

        time = executeSometime(3, num);  
        System.out.println("String拼接單個字元串 "+ CYCLE_NUM_LOWER +" 次，" + num + "次平均時間：" + time + " ms");  

        time = executeSometime(4, num);  
        System.out.println("StringBuilder拼接單個字元串 "+ CYCLE_NUM_LOWER +" 次，" + num + "次平均時間：" + time + " ms");  

    }  
}          

測試結果

測試結果如下

結果分析

第一組

10_000_000 次循環拼接，在循環内使用 String 和 StringBuilder 的效率是一樣的！為什麼呢？看下這篇：不能用 + 拼接字元串？ 你就清楚了。關注Java技術棧公衆号回複Java擷取更多Java幹貨教程。

使用 javap -c StringTest.class 反編譯檢視兩個方法編譯後的檔案：

可以發現 String 方法拼接字元串編譯器優化後使用的就是 StringBuilder、是以用例1 和用例2 的效率是一樣的。

第二組

第二組的結果就是大家喜聞樂見的了，由于 10_000_000 次循環String 拼接實在太慢是以我采用了 10_000 次拼接來分析。

分析用例3：雖然編譯器會對 String 拼接做優化，但是它每次在循環内建立 StringBuilder 對象，在循環内銷毀。

下次循環他有建立。相比較用例4在循環外建立，多了 n 次 new 對象、銷毀對象的操作、n - 1 次将 StringBuilder 轉換成 String 的操作 。效率低也是理所應當了。

擴充

第一組的測試還有一種寫法：

原文連結：

https://blog.csdn.net/youanyyou/article/details/107760051

/**  
 * 循環内 使用 StringBuilder 拼接字元串，一次循環後銷毀  
 */  
public static void useStringBuilderOut(){  
    StringBuilder sb = new StringBuilder();  
    for (int i = 0; i < CYCLE_NUM_BIGGER; i++) {  
//            sb.setLength(0);  
        sb.delete(0, sb.length());  
        String s = sb.append(str1).append(i).append(str2).append(i).append(str3).append(i).append(str4).toString();  
    }  
}         

循環外建立 StringBuilder 每次循環開始的時候清空 StringBuilder 的内容然後拼接。這種寫法無論使用 sb.setLength(0); 還是 sb.delete(0, sb.length()); 效率都比直接在循環内使用 String / StringBuilder 慢。

奈何才疏學淺我一直想不明白為什麼他慢。我猜測是 new 對象的速度比重置長度慢，于是這樣測試了以下：

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());  
    }  
}         

但是結果是 cleanStringBuider 更快。

結論

編譯器會将 String 拼接優化成使用 StringBuilder，但是還是有一些缺陷的。主要展現在循環内使用字元串拼接，編譯器不會建立單個 StringBuilder 以複用

對于多次循環内拼接一個字元串的需求：StringBuilder 很快，因為其避免了 n 次 new 對象、銷毀對象的操作，n - 1 次将 StringBuilder 轉換成 String 的操作

StringBuilder 拼接不适用于循環内每次拼接即用的操作方式。因為編譯器優化後的 String 拼接也是使用 StringBuilder 兩者的效率一樣。後者寫起來還友善...