Java中的StringBuilder類功能詳解

字符串連接可以通過兩種方法實現，其中一種是在Java中提供的一個StringBuilder類（這個類只在J2SE5及以上版本提供，以前的版本使用StringBuffer類）。

 

 

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。