String（二）

作者: 莫生人 | 来源:发表于2021-07-04 21:19 被阅读0次

字符串拼接的几种方式和区别

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：

String s = "abcd";
s = s.concat("ef");

其实最后我们得到的s已经是一个新的字符串了。如下图：

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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：

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat + "," + introduce;

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：

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
String hollis = wechat.concat(",").concat(introduce);

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：

StringBuffer wechat = new StringBuffer("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuffer hollis = wechat.append(",").append(introduce);

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：

StringBuilder wechat = new StringBuilder("Hollis");
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
StringBuilder hollis = wechat.append(",").append(introduce);

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：

String wechat = "Hollis";
String introduce = "每日更新Java相关技术文章";
System.out.println(StringUtils.join(wechat, ",", introduce));

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？

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使用`+`拼接字符串的实现原理

关于这个知识点，前面的文章String（一）介绍过，主要是通过StringBuilder的append方法实现的。

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：

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);
}

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：

char[] value;

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：

int count;

其append源码如下：

public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

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

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;
}

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：

public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}

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，其实它也是通过StringBuilder来实现的：

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();
}

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：

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));

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：

+ cost:5119
StringBuilder cost:3
StringBuffer cost:4
concat cost:3623
StringUtils.join cost:25726

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：

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));

反编译后代码如下：

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());

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。

Java 8中的StringJoiner

上面章节，我们介绍了几种Java中字符串拼接的方式，以及优缺点。其中还有一个重要的拼接方式我没有介绍，那就是Java 8中提供的StringJoiner ，本文就来介绍一下这个字符串拼接的新兵。

如果你想知道一共有多少种方法可以进行字符串拼接，教你一个简单的办法，在Intellij IDEA中，定义一个Java Bean，然后尝试使用快捷键自动生成一个toString方法，IDEA会提示多种toString生成策略可供选择。

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介绍

StringJoiner是java.util包中的一个类，用于构造一个由分隔符分隔的字符序列（可选），并且可以从提供的前缀开始并以提供的后缀结尾。虽然这也可以在StringBuilder类的帮助下在每个字符串之后附加分隔符，但StringJoiner提供了简单的方法来实现，而无需编写大量代码。

StringJoiner类共有2个构造函数，5个公有方法。其中最常用的方法就是add方法和toString方法，类似于StringBuilder中的append方法和toString方法。

用法

StringJoiner的用法比较简单，下面的代码中，我们使用StringJoiner进行了字符串拼接：

public class StringJoinerTest {

    public static void main(String[] args) {
        StringJoiner sj = new StringJoiner("Hollis");

        sj.add("hollischuang");
        sj.add("Java干货");
        System.out.println(sj.toString());

        StringJoiner sj1 = new StringJoiner(":","[","]");

        sj1.add("Hollis").add("hollischuang").add("Java干货");
        System.out.println(sj1.toString());
    }
}

以上代码输出结果

hollischuangHollisJava干货
[Hollis:hollischuang:Java干货]

值得注意的是，当我们StringJoiner(CharSequence delimiter)初始化一个StringJoiner的时候，这个delimiter其实是分隔符，并不是可变字符串的初始值。StringJoiner(CharSequence delimiter,CharSequence prefix,CharSequence suffix)的第二个和第三个参数分别是拼接后的字符串的前缀和后缀。

原理

介绍了简单的用法之后，我们再来看看这个StringJoiner的原理，看看他到底是如何实现的。主要看一下add方法：

public StringJoiner add(CharSequence newElement) {
    prepareBuilder().append(newElement);
    return this;
}

private StringBuilder prepareBuilder() {
    if (value != null) {
        value.append(delimiter);
    } else {
        value = new StringBuilder().append(prefix);
    }
    return value;
}

看到了一个熟悉的身影——StringBuilder ，没错，StringJoiner其实就是依赖StringBuilder实现的。

当我们发现StringJoiner其实是通过StringBuilder实现之后，我们大概就可以猜到，他的性能损耗应该和直接使用StringBuilder差不多！

为什么需要StringJoiner

在了解了StringJoiner的用法和原理后，可能很多读者就会产生一个疑问，明明已经有一个StringBuilder了，为什么Java 8中还要定义一个StringJoiner呢？到底有什么好处呢？如果读者足够了解Java 8的话，或许可以猜出个大概，这肯定和Stream有关。作者也在Java doc中找到了答案：

A StringJoiner may be employed to create formatted output from a Stream using Collectors.joining(CharSequence)

试想，在Java中，如果我们有这样一个List：

List<String> list = ImmutableList.of("Hollis","hollischuang","Java干货");

如果我们想要把他拼接成一个以下形式的字符串：

Hollis,hollischuang,Java干货

可以通过以下方式：

StringBuilder builder = new StringBuilder();

if (!list.isEmpty()) {
    builder.append(list.get(0));
    for (int i = 1, n = list.size(); i < n; i++) {
        builder.append(",").append(list.get(i));
    }
}
builder.toString();

还可以使用：

list.stream().reduce(new StringBuilder(), (sb, s) -> sb.append(s).append(','), StringBuilder::append).toString();

但是输出结果稍有些不同，需要进行二次处理：

Hollis,hollischuang,Java干货,

还可以使用"+"进行拼接：

list.stream().reduce((a,b)->a + "," + b).toString();

以上几种方式，要么是代码复杂，要么是性能不高，或者无法直接得到想要的结果。为了满足类似这样的需求，Java 8中提供的StringJoiner就派上用场了。以上需求只需要一行代码：

list.stream().collect(Collectors.joining(":"))

即可。上面用的表达式中，Collectors.joining的源代码如下：

public static Collector<CharSequence, ?, String> joining(CharSequence delimiter,
                                                         CharSequence prefix,
                                                         CharSequence suffix) {
    return new CollectorImpl<>(
            () -> new StringJoiner(delimiter, prefix, suffix),
            StringJoiner::add, StringJoiner::merge,
            StringJoiner::toString, CH_NOID);
}

其实现原理就是借助了StringJoiner。

当然，或许在Collector中直接使用StringBuilder似乎也可以实现类似的功能，只不过稍微麻烦一些。所以，Java 8中提供了StringJoiner来丰富Stream的用法。而且StringJoiner也可以方便的增加前缀和后缀，比如我们希望得到的字符串是[Hollis,hollischuang,Java干货]而不是Hollis,hollischuang,Java干货的话，StringJoiner的优势就更加明显了。

总结

本文介绍了Java 8中提供的可变字符串类——StringJoiner，可以用于字符串拼接。StringJoiner其实是通过StringBuilder实现的，所以他的性能和StringBuilder差不多，他也是非线程安全的。

如果日常开发中中，需要进行字符串拼接，如何选择？

1、如果只是简单的字符串拼接，考虑直接使用"+"即可。
2、如果是在for循环中进行字符串拼接，考虑使用StringBuilder和StringBuffer。
3、如果是通过一个List进行字符串拼接，则考虑使用StringJoiner。

String.valueOf和Integer.toString的区别

我们有三种方式将一个int类型的变量变成一个String类型，那么他们有什么区别？

1.int i = 5;
2.String i1 = "" + i;
3.String i2 = String.valueOf(i);
4.String i3 = Integer.toString(i);

第三行和第四行没有任何区别，因为String.valueOf(i)也是调用Integer.toString(i)来实现的。

第二行代码其实是String i1 = (new StringBuilder()).append(i).toString();，首先创建一个StringBuilder对象，然后再调用append方法，再调用toString方法。

switch对String的支持

Java 7中，switch的参数可以是String类型了，这对我们来说是一个很方便的改进。到目前为止switch支持这样几种数据类型：byte short int char String 。但是，作为一个程序员我们不仅要知道他有多么好用，还要知道它是如何实现的，switch对整型的支持是怎么实现的呢？对字符型是怎么实现的呢？String类型呢？有一点Java开发经验的人这个时候都会猜测switch对String的支持是使用equals()方法和hashcode()方法。那么到底是不是这两个方法呢？接下来我们就看一下，switch到底是如何实现的。

一、switch对整型支持的实现

下面是一段很简单的Java代码，定义一个int型变量a，然后使用switch语句进行判断。执行这段代码输出内容为5，那么我们将下面这段代码反编译，看看他到底是怎么实现的。

public class switchDemoInt {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        switch (a) {
        case 1:
            System.out.println(1);
            break;
        case 5:
            System.out.println(5);
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}
//output 5

反编译后的代码如下：

public class switchDemoInt
{
    public switchDemoInt()
    {
    }
    public static void main(String args[])
    {
        int a = 5;
        switch(a)
        {
        case 1: // '\001'
            System.out.println(1);
            break;

        case 5: // '\005'
            System.out.println(5);
            break;
        }
    }
}

我们发现，反编译后的代码和之前的代码比较除了多了两行注释以外没有任何区别，那么我们就知道，switch对int的判断是直接比较整数的值。

二、switch对字符型支持的实现

直接上代码：

public class switchDemoInt {
    public static void main(String[] args) {
        char a = 'b';
        switch (a) {
        case 'a':
            System.out.println('a');
            break;
        case 'b':
            System.out.println('b');
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}

编译后的代码如下：

public class switchDemoChar
{
    public switchDemoChar()
    {
    }
    public static void main(String args[])
    {
        char a = 'b';
        switch(a)
        {
        case 97: // 'a'
            System.out.println('a');
            break;
        case 98: // 'b'
            System.out.println('b');
            break;
        }
  }
}

通过以上的代码作比较我们发现：对char类型进行比较的时候，实际上比较的是ascii码，编译器会把char型变量转换成对应的int型变量。

三、switch对字符串支持的实现

还是先上代码：

public class switchDemoString {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "world";
        switch (str) {
        case "hello":
            System.out.println("hello");
            break;
        case "world":
            System.out.println("world");
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}

对代码进行反编译：

public class switchDemoString
{
    public switchDemoString()
    {
    }
    public static void main(String args[])
    {
        String str = "world";
        String s;
        switch((s = str).hashCode())
        {
        default:
            break;
        case 99162322:
            if(s.equals("hello"))
                System.out.println("hello");
            break;
        case 113318802:
            if(s.equals("world"))
                System.out.println("world");
            break;
        }
    }
}

看到这个代码，你知道原来字符串的switch是通过equals()和hashCode()方法来实现的。记住，switch中只能使用整型，比如byte，short，char(ackii码是整型)以及int。还好hashCode()方法返回的是int，而不是long。通过这个很容易记住hashCode返回的是int这个事实。仔细看下可以发现，进行switch的实际是哈希值，然后通过使用equals方法比较进行安全检查，这个检查是必要的，因为哈希可能会发生碰撞。因此它的性能是不如使用枚举进行switch或者使用纯整数常量，但这也不是很差。因为Java编译器只增加了一个equals方法，如果你比较的是字符串字面量的话会非常快，比如”abc” ==”abc”。如果你把hashCode()方法的调用也考虑进来了，那么还会再多一次的调用开销，因为字符串一旦创建了，它就会把哈希值缓存起来。因此如果这个switch语句是用在一个循环里的，比如逐项处理某个值，或者游戏引擎循环地渲染屏幕，这里hashCode()方法的调用开销其实不会很大。

好，以上就是关于switch对整型、字符型和字符串型的支持的实现方式，总结一下我们可以发现，其实switch只支持一种数据类型，那就是整型，其他数据类型都是转换成整型之后再使用switch的。