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Java开发笔记(一百五十四)StringBuffer和StringBuilder的由来

本来String类已经能够完成字符串操作的所有功能,为何Java又提供了专门的StringBuffer和StringBuilder呢?这要从String类的设计说起了,查看String的源码,发现其内部采用字符数组保存字符串,如下所示:

    private final char value[];

可是问题在于,这个字符数组被final修饰了,意味着数组大小不可改变。若想将现有字符串拼接一段字符形成新串(无论是加号拼接还是调用format方法),String类就无法扩充现有的字符数组,只能重新生成新的String对象。然而在需要频繁拼接字符串的场合,不断地重新生成String对象,这涉及到内存数据的反复销毁和反复分配,无疑对程序性能产生巨大的影响。
为了解决频繁拼接带来的性能问题,一开始Java提供了StringBuffer类,其内部的value数组是大小可变的,在拼接字符串时无需重新生成StringBuffer对象,由此避免了对象创建与对象销毁带来的开销。StringBuffer的拼接方法名叫append,因为该方法同时也返回拼接后的StringBuffer对象,所以拼接多个字符串时只需连续调用append即可。
不过Java把StringBuffer类设计成线程安全,它的append方法被synchronized修饰,表示这是个同步方法。既然是同步方法,那么调用之时就会先加锁,等调用结束再解锁。该设计的意图是让StringBuffer类更加健壮,但是拼接字符串几乎不存在多线程并发的场景,绝大多数情况都是按顺序拼接,谁会脑袋抽筋中途插队拼接呢?于是这个锁同步设计形同鸡肋。
鉴于加解锁也会带来额外的性能损耗,因此JDK1.5又增加了StringBuilder类,该类的实现方式与StringBuffer类大同小异,主要区别在于StringBuilder类的append方法去掉了synchronized修饰,从而省去了无谓的加解锁操作。
下面通过实际代码演示一下StringBuffer、StringBuilder和String三者在频繁拼接时候的性能表现,每种对象分别拼接字符串199999次:

    public static void main(String[] argv) {
    	testBuffer(199999);
    	testBuilder(199999);
    	testString(199999);
    }

    // 测试StringBuffer的字符串拼接
    private static void testBuffer(int count) {
        long beginTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuffer buffer = new StringBuffer(\"\");
        for (int i=0; i<=count; i++) {
            buffer.append(\"a\");
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        String costTime = String.format(\"%.3fs\", (endTime-beginTime)/1000.0);
        System.out.println(\"testBuffer cost \"+costTime);
    }

    // 测试StringBuilder的字符串拼接
    private static void testBuilder(int count) {
        long beginTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder builder = new StringBuilder(\"\");
        for (int i=0; i<=count; i++) {
            builder.append(\"a\");
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        String costTime = String.format(\"%.3fs\", (endTime-beginTime)/1000.0);
        System.out.println(\"testBuilder cost \"+costTime);
    }

    // 测试String的字符串拼接
    private static void testString(int count) {
        long beginTime = System.currentTimeMillis();
        String str = \"\";
        for (int i=0; i<=count; i++) {
            str += \"a\";
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        String costTime = String.format(\"%.3fs\", (endTime-beginTime)/1000.0);
        System.out.println(\"testString cost \"+costTime);
    }

运行测试代码,观察到如下所示的结果日志:

testBuffer cost 0.022s
testBuilder cost 0.010s
testString cost 13.865s

可见StringBuilder耗时最短,StringBuffer其次当然差距也不大,String耗时最长并且差距显著增大。上述案例说明,在大量拼接字符串的场合,采取StringBuilder实现是最经济的。


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