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Java 中 StringBuilder 在高性能用法总结

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关于StringBuilder,一般同学只简单记住了,字符串拼接要用StringBuilder,不要用+,也不要用StringBuffer,然后性能就是最好的了,真的吗吗吗吗?

还有些同学,还听过三句似是而非的经验:

  1. Java编译优化后+和StringBuilder的效果一样;

  2. StringBuilder不是线程安全的,为了“安全”起见最好还是用StringBuffer;

  3. 永远不要自己拼接日志信息的字符串,交给slf4j来。

1.初始长度好重要,值得说四次。

StringBuilder的内部有一个char[], 不断的append()就是不断的往char[]里填东西的过程。

new StringBuilder() 时char[]的默认长度是16,然后,如果要append第17个字符,怎么办?

用System.arraycopy成倍复制扩容!!!!

这样一来有数组拷贝的成本,二来原来的char[]也白白浪费了要被GC掉。可以想见,一个129字符长度的字符串,经过了16,32,64, 128四次的复制和丢弃,合共申请了496字符的数组,在高性能场景下,这几乎不能忍。

所以,合理设置一个初始值多重要。

但如果我实在估算不好呢?多估一点点好了,只要字符串最后大于16,就算浪费一点点,也比成倍的扩容好。

2.Liferay的StringBundler类

Liferay的StringBundler类提供了另一个长度设置的思路,它在append()的时候,不急着往char[]里塞东西,而是先拿一个String[]把它们都存起来,到了最后才把所有String的length加起来,构造一个合理长度的StringBuilder。

3.但,还是浪费了一倍的char[]

浪费发生在最后一步,StringBuilder.toString()

// Create a copy, don't share the array
return new String(value, 0, count);

String的构造函数会用 System.arraycopy()复制一把传入的char[]来保证安全性不可变性,如果故事就这样结束,StringBuilder里的char[]还是被白白牺牲了。

为了不浪费这些char[],一种方法是用Unsafe之类的各种黑科技,绕过构造函数直接给String的char[]和count属性赋值,但很少人这样做。

另一个靠谱一些的办法就是重用StringBuilder。而重用,还解决了前面的长度设置问题,因为即使一开始估算不准,多扩容几次之后也够了。

4.重用StringBuilder

这个做法来源于JDK里的BigDecimal类(没事看看JDK代码多重要),SpringSide里将代码提取成StringBuilderHolder,里面只有一个函数

public StringBuilder getStringBuilder() {
     sb.setLength(0);
     return sb;
}

StringBuilder.setLength()函数只重置它的count指针,而char[]则会继续重用,而toString()时会把当前的count指针也作为参数传给String的构造函数,所以不用担心把超过新内容大小的旧内容也传进去了。可见,StringBuilder是完全可以被重用的。

为了避免并发冲突,这个Holder一般设为ThreadLocal,标准写法见BigDecimal或StringBuilderHolder的注释。

5.+ 与 StringBuilder

String s = “hello ” + user.getName();

这一句经过javac编译后的效果,的确等价于使用StringBuilder,但没有设定长度。

String s = new StringBuilder().append(“hello”).append(user.getName());

但是,如果像下面这样:

String s = “hello ”;
// 隔了其他一些语句
s = s + user.getName();

每一条语句,都会生成一个新的StringBuilder,这里就有了两个StringBuilder,性能就完全不一样了。如果是在循环体里s+=i; 就更加多得没谱。

据R大说,努力的JVM工程师们在运行优化阶段, 根据+XX:+OptimizeStringConcat(JDK7u40后默认打开),把相邻的(中间没隔着控制语句) StringBuilder合成一个,也会努力的猜长度。

所以,保险起见还是继续自己用StringBuilder并设定长度好了。

6.StringBuffer 与 StringBuilder

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。

那些说StringBuffer “安全”的同学,其实你几时看过几个线程轮流append一个StringBuffer的情况???

7.永远把日志的字符串拼接交给slf4j??

logger.info("Hello {}", user.getName());

对于不知道要不要输出的日志,交给slf4j在真的需要输出时才去拼接的确能省节约成本。

但对于一定要输出的日志,直接自己用StringBuilder拼接更快。因为看看slf4j的实现,实际上就是不断的indexof(“{}”), 不断的subString(),再不断的用StringBuilder拼起来而已,没有银弹。

PS. slf4j中的StringBuilder在原始Message之外预留了50个字符,如果可变参数加起来长过50字符还是得复制扩容……而且StringBuilder也没有重用。

8.小结

StringBuilder默认的写法,会为129长度的字符串拼接,合共申请625字符的数组。所以高性能的场景下,永远要考虑用一个ThreadLocal 可重用的StringBuilder。而且重用之后,就不用再玩猜长度的游戏了。

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