string-concat.md

字符串，是Java中最常用的一个数据类型了。

本文，也是对于Java中字符串相关知识的一个补充，主要来介绍一下字符串拼接相关的知识。本文基于jdk1.8.0_181。

### 字符串拼接 

字符串拼接是我们在Java代码中比较经常要做的事情，就是把多个字符串拼接到一起。

我们都知道，**String是Java中一个不可变的类**，所以他一旦被实例化就无法被修改。

> 不可变类的实例一旦创建，其成员变量的值就不能被修改。这样设计有很多好处，比如可以缓存hashcode、使用更加便利以及更加安全等。

但是，既然字符串是不可变的，那么字符串拼接又是怎么回事呢？

**字符串不变性与字符串拼接**

其实，所有的所谓字符串拼接，都是重新生成了一个新的字符串。下面一段字符串拼接代码：

<pre><code class="language-text">String s = "abcd";
s = s.concat("ef");
</code></pre>

其实最后我们得到的s已经是一个新的字符串了。如下图

![][8]

s中保存的是一个重新创建出来的String对象的引用。

那么，在Java中，到底如何进行字符串拼接呢？字符串拼接有很多种方式，这里简单介绍几种比较常用的。

**使用`+`拼接字符串**

在Java中，拼接字符串最简单的方式就是直接使用符号`+`来拼接。如：

<pre><code class="language-text">String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat + "," + introduce;
</code></pre>

这里要特别说明一点，有人把Java中使用`+`拼接字符串的功能理解为**运算符重载**。其实并不是，**Java是不支持运算符重载的**。这其实只是Java提供的一个**语法糖**。后面再详细介绍。

> 运算符重载：在计算机程序设计中，运算符重载（英语：operator overloading）是多态的一种。运算符重载，就是对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型。
> 
> 语法糖：语法糖（Syntactic sugar），也译为糖衣语法，是由英国计算机科学家彼得·兰丁发明的一个术语，指计算机语言中添加的某种语法，这种语法对语言的功能没有影响，但是更方便程序员使用。语法糖让程序更加简洁，有更高的可读性。

**concat**  
除了使用`+`拼接字符串之外，还可以使用String类中的方法concat方法来拼接字符串。如：

<pre><code class="language-text">String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat.concat(",").concat(introduce);
</code></pre>

**StringBuffer**

关于字符串，Java中除了定义了一个可以用来定义**字符串常量**的`String`类以外，还提供了可以用来定义**字符串变量**的`StringBuffer`类，它的对象是可以扩充和修改的。

使用`StringBuffer`可以方便的对字符串进行拼接。如：

<pre><code class="language-text">StringBuffer wechat = new StringBuffer("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuffer hollis = wechat.append(",").append(introduce);
</code></pre>

**StringBuilder**  
除了`StringBuffer`以外，还有一个类`StringBuilder`也可以使用，其用法和`StringBuffer`类似。如：

<pre><code class="language-text">StringBuilder wechat = new StringBuilder("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuilder hollis = wechat.append(",").append(introduce);
</code></pre>

**StringUtils.join**  
除了JDK中内置的字符串拼接方法，还可以使用一些开源类库中提供的字符串拼接方法名，如`apache.commons中`提供的`StringUtils`类，其中的`join`方法可以拼接字符串。

<pre><code class="language-text">String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
System.out.println(StringUtils.join(wechat, ",", introduce));
</code></pre>

这里简单说一下，StringUtils中提供的join方法，最主要的功能是：将数组或集合以某拼接符拼接到一起形成新的字符串，如：

    String []list  ={"Hollis","每日更新Java相关技术文章"};
    String result= StringUtils.join(list,",");
    System.out.println(result);
    //结果：Hollis,每日更新Java相关技术文章
    

并且，Java8中的String类中也提供了一个静态的join方法，用法和StringUtils.join类似。

以上就是比较常用的五种在Java种拼接字符串的方式，那么到底哪种更好用呢？为什么阿里巴巴Java开发手册中不建议在循环体中使用`+`进行字符串拼接呢？

<img src="https://www.hollischuang.com/wp-content/uploads/2019/01/15472850170230.jpg" alt="" style="width:917px" />

(阿里巴巴Java开发手册中关于字符串拼接的规约)

### 使用`+`拼接字符串的实现原理

前面提到过，使用`+`拼接字符串，其实只是Java提供的一个语法糖， 那么，我们就来解一解这个语法糖，看看他的内部原理到底是如何实现的。

还是这样一段代码。我们把他生成的字节码进行反编译，看看结果。

<pre><code class="language-text">String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat + "," + introduce;
</code></pre>

反编译后的内容如下，反编译工具为jad。

<pre><code class="language-text">String wechat = "Hollis";
String introduce = "\u6BCF\u65E5\u66F4\u65B0Java\u76F8\u5173\u6280\u672F\u6587\u7AE0";//每日更新Java相关技术文章
String hollis = (new StringBuilder()).append(wechat).append(",").append(introduce).toString();
</code></pre>

通过查看反编译以后的代码，我们可以发现，原来字符串常量在拼接过程中，是将String转成了StringBuilder后，使用其append方法进行处理的。

那么也就是说，Java中的`+`对字符串的拼接，其实现原理是使用`StringBuilder.append`。

### concat是如何实现的

我们再来看一下concat方法的源代码，看一下这个方法又是如何实现的。

<pre><code class="language-text">public String concat(String str) {
    int otherLen = str.length();
    if (otherLen == 0) {
        return this;
    }
    int len = value.length;
    char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
    str.getChars(buf, len);
    return new String(buf, true);
}
</code></pre>

这段代码首先创建了一个字符数组，长度是已有字符串和待拼接字符串的长度之和，再把两个字符串的值复制到新的字符数组中，并使用这个字符数组创建一个新的String对象并返回。

通过源码我们也可以看到，经过concat方法，其实是new了一个新的String，这也就呼应到前面我们说的字符串的不变性问题上了。

### StringBuffer和StringBuilder

接下来我们看看`StringBuffer`和`StringBuilder`的实现原理。

和`String`类类似，`StringBuilder`类也封装了一个字符数组，定义如下：

<pre><code class="language-text">char[] value;
</code></pre>

与`String`不同的是，它并不是`final`的，所以他是可以修改的。另外，与`String`不同，字符数组中不一定所有位置都已经被使用，它有一个实例变量，表示数组中已经使用的字符个数，定义如下：

<pre><code class="language-text">int count;
</code></pre>

其append源码如下：

<pre><code class="language-text">public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}
</code></pre>

该类继承了`AbstractStringBuilder`类，看下其`append`方法：

<pre><code class="language-text">public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null)
        return appendNull();
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    str.getChars(0, len, value, count);
    count += len;
    return this;
}
</code></pre>

append会直接拷贝字符到内部的字符数组中，如果字符数组长度不够，会进行扩展。

`StringBuffer`和`StringBuilder`类似，最大的区别就是`StringBuffer`是线程安全的，看一下`StringBuffer`的`append`方法。

<pre><code class="language-text">public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}
</code></pre>

该方法使用`synchronized`进行声明，说明是一个线程安全的方法。而`StringBuilder`则不是线程安全的。

### StringUtils.join是如何实现的

通过查看`StringUtils.join`的源代码，我们可以发现，其实他也是通过`StringBuilder`来实现的。

<pre><code class="language-text">public static String join(final Object[] array, String separator, final int startIndex, final int endIndex) {
    if (array == null) {
        return null;
    }
    if (separator == null) {
        separator = EMPTY;
    }

    // endIndex - startIndex &gt; 0:   Len = NofStrings *(len(firstString) + len(separator))
    //           (Assuming that all Strings are roughly equally long)
    final int noOfItems = endIndex - startIndex;
    if (noOfItems &lt;= 0) {
        return EMPTY;
    }

    final StringBuilder buf = new StringBuilder(noOfItems * 16);

    for (int i = startIndex; i &lt; endIndex; i++) {
        if (i &gt; startIndex) {
            buf.append(separator);
        }
        if (array[i] != null) {
            buf.append(array[i]);
        }
    }
    return buf.toString();
}
</code></pre>

### 效率比较

既然有这么多种字符串拼接的方法，那么到底哪一种效率最高呢？我们来简单对比一下。

<pre><code class="language-text">long t1 = System.currentTimeMillis();
//这里是初始字符串定义
for (int i = 0; i &lt; 50000; i++) {
    //这里是字符串拼接代码
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("cost:" + (t2 - t1));
</code></pre>

我们使用形如以上形式的代码，分别测试下五种字符串拼接代码的运行时间。得到结果如下：

<pre><code class="language-text">+ cost:5119
StringBuilder cost:3
StringBuffer cost:4
concat cost:3623
StringUtils.join cost:25726
</code></pre>

从结果可以看出，用时从短到长的对比是：

`StringBuilder`<`StringBuffer`<`concat`<`+`<`StringUtils.join`

`StringBuffer`在`StringBuilder`的基础上，做了同步处理，所以在耗时上会相对多一些。

StringUtils.join也是使用了StringBuilder，并且其中还是有很多其他操作，所以耗时较长，这个也容易理解。其实StringUtils.join更擅长处理字符串数组或者列表的拼接。

那么问题来了，前面我们分析过，其实使用`+`拼接字符串的实现原理也是使用的`StringBuilder`，那为什么结果相差这么多，高达1000多倍呢？

我们再把以下代码反编译下：

<pre><code class="language-text">long t1 = System.currentTimeMillis();
String str = "hollis";
for (int i = 0; i &lt; 50000; i++) {
    String s = String.valueOf(i);
    str += s;
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("+ cost:" + (t2 - t1));
</code></pre>

反编译后代码如下：

<pre><code class="language-text">long t1 = System.currentTimeMillis();
String str = "hollis";
for(int i = 0; i &lt; 50000; i++)
{
    String s = String.valueOf(i);
    str = (new StringBuilder()).append(str).append(s).toString();
}

long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println((new StringBuilder()).append("+ cost:").append(t2 - t1).toString());
</code></pre>

我们可以看到，反编译后的代码，在`for`循环中，每次都是`new`了一个`StringBuilder`，然后再把`String`转成`StringBuilder`，再进行`append`。

而频繁的新建对象当然要耗费很多时间了，不仅仅会耗费时间，频繁的创建对象，还会造成内存资源的浪费。

所以，阿里巴巴Java开发手册建议：循环体内，字符串的连接方式，使用 `StringBuilder` 的 `append` 方法进行扩展。而不要使用`+`。

### 总结 

本文介绍了什么是字符串拼接，虽然字符串是不可变的，但是还是可以通过新建字符串的方式来进行字符串的拼接。

常用的字符串拼接方式有五种，分别是使用`+`、使用`concat`、使用`StringBuilder`、使用`StringBuffer`以及使用`StringUtils.join`。

由于字符串拼接过程中会创建新的对象，所以如果要在一个循环体中进行字符串拼接，就要考虑内存问题和效率问题。

因此，经过对比，我们发现，直接使用`StringBuilder`的方式是效率最高的。因为`StringBuilder`天生就是设计来定义可变字符串和字符串的变化操作的。

但是，还要强调的是：

1、如果不是在循环体中进行字符串拼接的话，直接使用`+`就好了。

2、如果在并发场景中进行字符串拼接的话，要使用`StringBuffer`来代替`StringBuilder`。

 [1]: http://www.hollischuang.com/archives/99
 [2]: http://www.hollischuang.com/archives/1249
 [3]: http://www.hollischuang.com/archives/2517
 [4]: http://www.hollischuang.com/archives/1230
 [5]: http://www.hollischuang.com/archives/1246
 [6]: http://www.hollischuang.com/archives/1232
 [7]: http://www.hollischuang.com/archives/61
 [8]: https://www.hollischuang.com/wp-content/uploads/2019/01/15472897908391.jpg