StringBuffer與StringBuilder

說明：本文是閱讀《Java程序性能優化》（作者：葛一明）一書中關於StringBuffer與StringBuilder一節的筆記。

一、String常量與變量的累加操作

1、String常量的累加操作

由於String對象具有不可變性，所以String對象一旦生成就無法被改變，所以如下所示的字符串累加操作總共會產生7個String對象，因此從理論上講這段代碼的效率並不高。

String str = "String" + "and" + "StringBuilder" + "append";

此時就可以用到StringBuffer或者StringBuilder類了，使用StringBuilder類完成同樣的功能如下：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("String").append("and").append("StringBuilder").append("append");

使用StringBuilder後僅僅會生成4個String對象與1個StringBuilder對象，效率會高於直接累加的方式。但是，如果將以上兩段代碼分別執行100000次，得到的結果卻是令人驚訝的，在我的機器上測試得到的用時分別是1ms(直接累加)與大概40ms(使用StringBuilder)左右。爲什麼呢？使用反編譯工具對第一段代碼進行反編譯，得到的結果如下：

String str = "StringandStringBuilderappend";

從反編譯結果來看，對於常量字符串的累加，Java在編譯時就做了優化，對於在編譯時就能確定取值的字符串的操作，在編譯時就進行了計算，因此在運行時該段代碼並沒有像想象中那樣生成7個String對象。而對於上面的第二段代碼，反編譯得到的結果與源代碼一樣，所以在運行時StringBuilder對象和append()方法都被如實的調用，所以相比之下，第一段代碼的執行效率卻更高。
2、String變量的累加操作

如下代碼所示，現在將每個字符串都定義在一個變量中，然後再對這邊變量進行累加操作，這樣在編譯時就無法確定str變量的取值：

String s1 = "String";
String s2 = "and";
String s3 = "StringBuilder";
String s4 = "append";
String str = s1 + s2 + s3 + s4;

書上說的是通過反編譯後，生成的代碼會是如下所示的樣子：

String s1 = "String";
String s2 = "and";
String s3 = "StringBuilder";
String s4 = "append";
String str = (new StringBuilder(String.valueOf(s1))).append(s2).append(s3).append(s4).toString();

但是我通過JD-GUI反編譯工具查看得到的反編譯代碼並不是這樣的(JDK1.6u45)，卻是和原來的代碼保持一模一樣，有可能是使用的編譯器不一樣的原因吧。接着我實驗了常量字符串與變量字符串混合使用的情況，源代碼如下：

String s1 = "String";
String s2 = "and";
		
String str1 = "Hello" + "String" + s1 + s2 + "Hello" + "StringBuilder";
String str2 = s1 + s2 + "Hello" + "StringBuilder";
String str3 = s1 + "Hello" + "StringBuilder" + s2;

接着使用反編譯工具反編譯得到的代碼如下：可見，在由常量字符串和變量字符串混合累加的情況下，開始部分的常量字符串會得到優化，在編譯時就計算出來了，其餘情況下都不會得到優化。

String s1 = "String";
String s2 = "and";
    
String str1 = "HelloString" + s1 + s2 + "Hello" + "StringBuilder";
String str2 = s1 + s2 + "Hello" + "StringBuilder";
String str3 = s1 + "Hello" + "StringBuilder" + s2;

總之，對於字符串的累加操作，在某些情況下編譯器會做一定的優化，但是別依賴於編譯器的這些優化，因爲編譯器也不是絕對的那麼智能，還是應該在編寫程序時就注重代碼的優化。

二、StringBuffer與StringBuilder

1、StringBuffer與StirngBuilder的功能都幾乎一樣，最大的不同之處在於StringBuffer對它的幾乎所有的方法都做了同步，而StringBuilder並沒有做任何同步。由於方法不同需要一定的系統資源，所以StringBuilder的效率要好於StringBuffer，但是在多線程中，StringBuilder無法保證線程安全，而StringBuffer卻可以。

2、容量參數

StringBuffer和StirngBuilder在初始化時都可以指定一個容量參數(默認是16個字節)，該參數指定了它們的初始大小，如下圖是它們的父類的一個構造函數：

當在追加字符串時，如果其容量已經超過了char數組長度，則需要進行擴容，擴容的函數定義如下圖：

從中可以發現，擴容的策略是將原有的容量大小翻倍來申請內存空間，然後建立新的char數組，最後再將原數組中的內容複製到新的數組中，所以對於大對象的擴容會涉及大量的內存複製操作，如果能夠預先估計其容量大小，則能有效的節省這些操作，從而提高效率。如下代碼所示，沒指定容量參數時在我的機器上執行大概需要600ms左右的時間，而指定了初始容量後大概需要500ms左右的時間。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 5000000; i++) {
	sb.append(i);
}

StringBuilder sb2 = new StringBuilder(5000000);
for (int i = 0; i < 5000000; i++) {
	sb2.append(i);
}