StringBuilder你应该知道的几件事情

字符串拼接是我们在编写程序时经常要写的代码,在很多的系统中,字符串相关的处理甚至占用了系统非常多的资源,尤其是内存。因此,在一些高性能的场景中,字符串拼接使用方式不合理,往往会导致无谓的内存开销,增加GC压力。

有些同学会直接使用”+”的方式进行字符串拼接,在Jdk7u40之前,这种方式我们是不推荐使用的,因为String是不可变对象,每次对String的”+”操作都会产生一个新的String对象,尤其是在对多个String进行拼接处理的时候,从而导致内存的浪费。但在Jdk7u40之后,-XX:+OptimizeStringConcat被默认打开,这样Jdk在进行Jit编译的时候,会自动将”+”形式的字符串拼接优化成StringBuilder append的方式。

但是,让编译器帮你优化这种方式你就可以高枕无忧了吗?答案是否定的,请看下面的内容。

1.new StringBuilder()合理吗?

很多时候我们使用new StringBuilder()来初始化实例,但这种方式是否合理呢?

通过阅读StringBuilder的源码我们可以看到,StringBuilder的内部存储是使用char[]来实现的,char[]的初始容量是16。在进行append时,首先会检查char[]容量是否够用,如果不够,则会创建一个新的char[],容量为原来容量的2倍,原来的char[]则会丢弃。看到这里,细心的同学可能会想了,这不是浪费了吗?是的,这就是不设置初始容量所带来的弊端,会导致一定的内存浪费。举个例子:

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String a1 = "1234567890";//length 10
String a2 = "0123456789";//length 10
String a3 = "123456789";//length 9
String a4 = "987654321";//length 9
String a5 = new StringBuilder().append(a1).append(a2).append(a3).append(a4).toString();

上面这段代码的执行共创建了几个char[]呢?答案是4个,详细过程看下面的描述。

  1. new StringBuilder()的时候,如果我们不指定StringBuilder的容量,那么会按照默认值是16创建第一个数组,我们命名为C1。在append(a1)的时候,容量是够用的;

  2. 在append(a2)的时候,C1容量不够了需要扩容,于是创建一个容量为以前2倍的数组C2,并将旧的数组C1的内容以及a2的内容按顺序copy到新数组C2中,这时候C2的大小是32;

  3. 在append(a3)的时候,C2的容量是够用的,所以直接将a3的内容copy进C2;

  4. 在append(a4)的时候,C2的容量也不够用了,于是再创建一个容量为C2两倍的数组C3,并将旧的数组C2的内容以及a4的内容按顺序copy到新数组C3中,这时候C3的大小是64;

  5. 在toString的时候,是调用的new String(value, 0, count)。这样并不是将C3的内容直接转换成String,而是会copy出一个副本C4再根据C4创建出一个String来;这一点,建议大家仔细去看看StringBuilder的toString代码,你会发现更多的真相……

看完上面的描述,你会觉得这个过程中浪费了多少内存呢?最起码C1、C2是没用了的,也就是说浪费掉了48byte的空间。那如果你最初根据预估的字符串大小,设置了StringBuilder初始容量为38,那么就不会存在这样的浪费了,同时也会省去StringBuilder扩容的时间。

所以,在使用StringBuilder的时候,还是估算一下字符串大小,乖乖的设置一个初始容量吧。

2.不要重复创建StringBuilder

这里说的重复是指在循环中重复new StringBuilder实例。前面我们也说过,StringBuilder的扩容和toString()方法会造成大量的char[]浪费,如果你在一个循环里面创建了很多StringBuilder实例,那么可以想象浪费的内存有多大……所以在一个循环里面复用StringBuilder比较好的方式是调用StringBuilder.setLength(0)重置指针进行复用,这样最起码就能避免再次扩容的内存消耗了。

3.StringBuilder.toString()造成的内存浪费

前面我们也提到过,每次StringBuilder.toString的时候,会copy一个char[]生成一个String对象,这样就相当于白白浪费了StringBuilder里面的数组。当然这里可以采用一些黑科技来避免这种浪费,比如用Unsafe这种黑科技,绕过构造函数直接给String的char[]属性赋值,示例代码如下:

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Unsafe unsafe =
long fieldOffset = Unsafe.getUnsafe();
unsafe.objectFieldOffset(String.class.getDeclaredField("value"));
String ret = new String();
unsafe.putObjectVolatile(ret, fieldOffset, char[]);//char[]为StringBuilder中的char[]

这种方式虽然能够避免内存浪费,但也存在一定的风险,所以使用的时候还是要慎重。

4.StringBuilder vs StringBuffer

StringBuffer与StringBuilder都是继承于AbstractStringBuilder,唯一的区别就是StringBuffer的函数上都有synchronized关键字。