StringBuilder類功能詳解

字符串是Java程序中最常用的一種數據結構之一。在Java中的String類已經重載的"+"。也就是說，字符串可以直接使用"+"進行連接，如下面代碼所示：

String s = "abc" + "ddd";

但這樣做真的好嗎？當然，這個問題不能簡單地回答yes or no。要根據具體情況來定。在Java中提供了一個StringBuilder類（這個類只在J2SE5及以上版本提供，以前的版本使用StringBuffer類），這個類也可以起到"+"的作用。那麼我們應該用哪個呢？

下面讓我們先看看如下的代碼：

package string;

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

上面的代碼將會輸出正確的結果。從表面上看，對字符串和整型使用"+"號並沒有什麼區別，但事實真的如此嗎？下面讓我們來看看這段代碼的本質。

我們首先使用反編譯工具（如jdk帶的javap、或jad）將TestSimplePlus反編譯成Java Byte Code，其中的奧祕就一目瞭然了。在本文將使用jad來反編譯，命令如下：

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

反編譯後的代碼如下：

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
    }
}

讀者可能看到上面的Java字節碼感到迷糊，不過大家不必擔心。本文的目的並不是講解Java Byte Code，因此，並不用瞭解具體的字節碼的含義。

使用jad反編譯的好處之一就是可以同時生成字節碼和源代碼。這樣可以進行對照研究。從上面的代碼很容易看出，雖然在源程序中使用了"+"，但在編譯時仍然將"+"轉換成StringBuilder。因此，我們可以得出結論，在Java中無論使用何種方式進行字符串連接，實際上都使用的是StringBuilder類。

那麼是不是可以根據這個結論推出使用"+"和StringBuilder類的效果是一樣的呢？這個要從兩個方面的解釋。如果從運行結果來解釋，那麼"+"和StringBuilder是完全等效的。但如果從運行效率和資源消耗方面看，那它們將存在很大的區別。

當然，如果連接字符串行表達式很簡單（如上面的順序結構），那麼"+"和StringBuilder類基本是一樣的，但如果結構比較複雜，如使用循環來連接字符串，那麼產生的Java Byte Code就會有很大的區別。先讓我們看看如下的代碼：

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);
     }
 }

上面的代碼返編譯後的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，雖然編譯器將"+"轉換成了StringBuilder類，但創建StringBuilder對象的位置卻在for語句內部。這就意味着每執行一次循環，就會創建一個StringBuilder對象（對於本例來說，是創建了10個StringBuilder對象），雖然Java有垃圾回收器，但這個回收器的工作時間是不定的。如果不斷產生這樣的垃圾，那麼仍然會佔用大量的資源。解決這個問題的方法就是在程序中直接使用StringBuilder類來連接字符串，代碼如下：

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());
    }
}

上面代碼反編譯後的結果如下：

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
    }
}

從上面的反編譯結果可以看出，創建StringBuilder的代碼被放在了for語句外。雖然這樣處理在源程序中看起來複雜，但卻換來了更高的效率，同時消耗的資源也更少了。

在使用StringBuilder類時要注意，儘量不要"+"和StringBuilder混着用，否則會創建更多的StringBuilder對象，如下面代碼所：

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) + " ");
}

則反編譯後的結果如下：

 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

從上面的代碼可以看出，Java編譯器將"+"編譯成了StringBuilder類，這樣for語句每循環一次，又創建了一個StringBuilder對象。

如果將上面的代碼在JDK1.4下編譯，必須將StringBuilder改爲StringBuffer，而JDK1.4將"+"轉換爲StringBuffer（因爲JDK1.4並沒有提供StringBuilder類）。StringBuffer和StringBuilder的功能基本一樣，只是StringBuffer是線程安全的，而StringBuilder不是線程安全的。因此，StringBuilder的效率會更高。