Java细节：字符串的拼接
工作日忙于项目的逻辑实现，周六有点时间，从书柜里拿出厚厚的英文版Thinking In Java，读到了字符串对象的拼接。参考着这本书做个翻译，加上自己思考的东西，写上这篇文章记录一下。
不可变的String对象
在Java中,String对象是不可变的(Immutable)。在代码中，可以创建多个某一个String对象的别名。但是这些别名都是的引用是相同的。 比如s1和s2都是”droidyue.com”对象的别名，别名保存着到真实对象的引用。所以s1 = s2
fileos:false
1 2 3 | String s1 = "droidyue.com"; String s2 = s1; System.out.println("s1 and s2 has the same reference =" + (s1 == s2)); |
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Java中仅有的重载运算符
在Java中，唯一被重载的运算符就是字符串的拼接相关的。+,+=。除此之外，Java设计者不允许重载其他的运算符。
拼接剖析
真的有性能代价么
了解了上面两点，可能会有这样的思考，既然Sting对象不可变，那么多个（三个及以上）字符串拼接必然产生多余的中间String对象。
fileos:false
1 2 3 4 | String userName = "Andy"; String age = "24"; String job = "Developer"; String info = userName + age + job; |
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要得到上面的info，就会userName和age拼接生成临时一个String对象t1,内容为Andy24，然后有t1和job拼接生成最终我们需要的info对象，这其中，产生了一个中间的t1，而且t1创建之后，没有主动回收，势必会占一定的空间。如果是一个很多(假设上百个，多见于对对象的toString的调用)字符串的拼接，那么代价就更大了，性能一下会降低很多。
编译器的优化处理
真的会有上面的性能代价么，字符串拼接这么常用，没有特殊的处理优化么，答案是有的，这个优化进行在编译器编译.java到bytecode时。
一个Java程序如果想运行起来，需要经过两个时期，编译时和运行时。在编译时，Java 编译器(Compiler)将java文件转换成字节码。在运行时，Java虚拟机（JVM）运行编译时生成的字节码。通过这样两个时期，Java做到了所谓的一处编译，处处运行。
我们实验一下编译期都做了哪些优化，我们制造一段可能会出现性能代价的代码。
fileos:false
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | public class Concatenation { public static void main(String[] args) { String userName = "Andy"; String age = "24"; String job = "Developer"; String info = userName + age + job; System.out.println(info); } } |
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对Concatenation.java进行编译一下。得到Concatenation.class
fileos:false
1 | javac Concatenation.java |
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然后我们使用javap反编译一下编译出来的Concatenation.class文件。javap -c Concatenation。如果没有找到javap命令，请考虑将javap所在目录加入环境变量或者使用javap的完整路径。
fileos:false
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 | 17:22:04-androidyue~/workspace_adt/strings/src$ javap -c Concatenation Compiled from "Concatenation.java" public class Concatenation { public Concatenation(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: ldc #2 // String Andy 2: astore_1 3: ldc #3 // String 24 5: astore_2 6: ldc #4 // String Developer 8: astore_3 9: new #5 // class java/lang/StringBuilder 12: dup 13: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 16: aload_1 17: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 20: aload_2 21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 24: aload_3 25: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 28: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 31: astore 4 33: getstatic #9 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 36: aload 4 38: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 41: return } |
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其中，ldc，astore等为java字节码的指令，类似汇编指令。后面的注释使用了Java相关的内容进行了说明。 我们可以看到上面有很多StringBuilder,但是我们在Java代码里并没有显示地调用，这就是Java编译器做的优化，当Java编译器遇到字符串拼接的时候，会创建一个StringBuilder对象，后面的拼接，实际上是调用StringBuilder对象的append方法。这样就不会有我们上面担心的问题了。
仅靠编译器优化？
既然编译器帮我们做了优化，是不是仅仅依靠编译器的优化就够了呢，当然不是。 下面我们看一段未优化性能较低的代码
fileos:false
1 2 3 4 5 6 7 | public void implicitUseStringBuilder(String[] values) { String result = ""; for (int i = 0 ; i < values.length; i ++) { result += values[i]; } System.out.println(result); } |
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使用javac编译，使用javap查看
fileos:false
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 | public void implicitUseStringBuilder(java.lang.String[]); Code: 0: ldc #11 // String 2: astore_2 3: iconst_0 4: istore_3 5: iload_3 6: aload_1 7: arraylength 8: if_icmpge 38 11: new #5 // class java/lang/StringBuilder 14: dup 15: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 18: aload_2 19: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 22: aload_1 23: iload_3 24: aaload 25: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 28: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 31: astore_2 32: iinc 3, 1 35: goto 5 38: getstatic #9 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 41: aload_2 42: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 45: return |
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其中8: if_icmpge 38 和35: goto 5构成了一个循环。8: if_icmpge 38的意思是如果JVM操作数栈的整数对比大于等于（i < values.length的相反结果）成立，则跳到第38行（System.out）。35: goto 5则表示直接跳到第5行。
但是这里面有一个很重要的就是StringBuilder对象创建发生在循环之间，也就是意味着有多少次循环会创建多少个StringBuilder对象，这样明显不好。赤裸裸地低水平代码啊。
稍微优化一下，瞬间提升逼格。
fileos:false
1 2 3 4 5 6 | public void explicitUseStringBuider(String[] values) { StringBuilder result = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < values.length; i ++) { result.append(values[i]); } } |
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对应的编译后的信息
fileos:false
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 | public void explicitUseStringBuider(java.lang.String[]); Code: 0: new #5 // class java/lang/StringBuilder 3: dup 4: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 7: astore_2 8: iconst_0 9: istore_3 10: iload_3 11: aload_1 12: arraylength 13: if_icmpge 30 16: aload_2 17: aload_1 18: iload_3 19: aaload 20: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 23: pop 24: iinc 3, 1 27: goto 10 30: return |
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从上面可以看出，13: if_icmpge 30和27: goto 10构成了一个loop循环，而0: new #5位于循环之外，所以不会多次创建StringBuilder.
总的来说，我们在循环体中需要尽量避免隐式或者显式创建StringBuilder. 所以那些了解代码如何编译，内部如何执行的人，写的代码档次都比较高。
以上文章，如有错误，请批评指正 。