StringBuilder 比 String 快?空嘴白牙的,证据呢!
作者:小傅哥
沉淀、分享、成长,让自己和他人都能有所收获!😄
一、前言
聊的是八股的文,干的是搬砖的活!
面我的题开发都用不到,你为什么要问?可能这是大部分程序员求职时的经历,甚至也是大家讨厌和烦躁的点。明明给的是拧螺丝的钱、明明做的是写CRUD的事、明明担的是成工具的人!
明明... 有很多,可明明公司不会招5年开发做3年经验的事、明明公司也更喜欢具有附加价值的研发。有些小公司不好说,但在一些互联网大厂中,我们都希望招聘到具有培养价值的,也更喜欢能快速打怪升级的,也更愿意让这样的人承担更大的职责。
但,你酸了! 别人看源码你打游戏、别人学算法你刷某音、别人写博客你浪98。所以,没有把时间用到个人成长上,就一直会被别人榨取。
二、面试题
谢飞机
,总感觉自己有技术瓶颈、有知识盲区,但是又不知道在哪。所以约面试官聊天,虽然也面不过去!
面试官:飞机,你又抱着大脸,来白嫖我了啦?
谢飞机:嘿嘿,我需要知识,我渴。
面试官:好,那今天聊聊最常用的 String
吧,你怎么初始化一个字符串类型。
谢飞机:String str = "abc";
面试官:还有吗?
谢飞机:还有?啊,这样 String str = new String("abc");
😄
面试官:还有吗?
谢飞机:啊!?还有!不知道了!
面试官:你不懂 String
,你没看过源码。还可以这样;new String(new char[]{'c', 'd'});
回家再学学吧,下次记得给我买百事,我不喝*可口*。
三、StringBuilder 比 String 快吗?
1. StringBuilder 比 String 快,证据呢?
老子代码一把梭,总有人絮叨这么搞不好,那 StringBuilder
到底那快了!
1.1 String
1.2 StringBuilder
1.3 StringBuffer
综上,分别使用了 String
、StringBuilder
、StringBuffer
,做字符串链接操作(100个、1000个、1万个、10万个、100万个),记录每种方式的耗时。最终汇总图表如下;
从上图可以得出以下结论;
String
字符串链接是耗时的,尤其数据量大的时候,简直没法使用了。这是做实验,基本也不会有人这么干!StringBuilder
、StringBuffer
,因为没有发生多线程竞争也就没有🔒锁升级,所以两个类耗时几乎相同,当然在单线程下更推荐使用StringBuilder
。
2. StringBuilder 比 String 快, 为什么?
这段代码就是三种字符串拼接方式,最慢的一种。不是说这种+
加的符号,会被优化成 StringBuilder
吗,那怎么还慢?
确实会被JVM编译期优化,但优化成什么样子了呢,先看下字节码指令;javap -c ApiTest.class
一看指令码,这不是在循环里(if_icmpgt)给我 new
了 StringBuilder
了吗,怎么还这么慢呢?再仔细看,其实你会发现,这new是在循环里吗呀,我们把这段代码写出来再看看;
现在再看这段代码就很清晰了,所有的字符串链接操作,都需要实例化一次StringBuilder
,所以非常耗时。并且你可以验证,这样写代码耗时与字符串直接链接是一样的。 所以把StringBuilder
提到上一层 for
循环外更快。
四、String 源码分析
以上这些方式都可以初始化,并且最终的结果是一致的,abc
。如果说初始化的方式没用让你感受到它是数据结构,那么str_01.charAt(0);
呢,只要你往源码里一点,就会发现它是 O(1)
的时间复杂度从数组中获取元素,所以效率也是非常高,源码如下;
2. 不可变(final)
字符串创建后是不可变的,你看到的+加号
连接操作,都是创建了新的对象把数据存放过去,通过源码就可以看到;
从源码中可以看到,String
的类和用于存放字符串的方法都用了 final
修饰,也就是创建了以后,这些都是不可变的。
举个例子
不考虑其他情况,对于程序初始化。以上这些代码 str_01
、str_02
、str_03
,都会初始化几个对象呢?其实这个初始化几个对象从侧面就是反应对象是否可变性。
接下来我们把上面代码反编译,通过指令码看到底创建了几个对象。
反编译下
str_01 = "abc"
,指令码:0: ldc
,创建了一个对象。str_02 = "abc" + "def"
,指令码:3: ldc // String abcdef
,得益于JVM编译期的优化,两个字符串会进行相连,创建一个对象存储。str_03 = str_01 + "def"
,指令码:invokevirtual
,这个就不一样了,它需要把两个字符串相连,会创建StringBuilder
对象,直至最后toString:()
操作,共创建了三个对象。
所以,我们看到,字符串的创建是不能被修改的,相连操作会创建出新对象。
3. intern()
3.1 经典题目
这是一道经典的 String
字符串面试题,乍一看可能还会有点晕。答案如下;
3.2 源码分析
看了答案有点感觉了吗,其实可能你了解方法 intern()
,这里先看下它的源码;
这段代码和注释什么意思呢?
native,说明 intern()
是一个本地方法,底层通过JNI调用C++语言编写的功能。
\openjdk8\jdk\src\share\native\java\lang\String.c
```c++
Javajavalang_String_intern(JNIEnv *env, jobject this)
{
return JVM_InternString(env, this);
}
oop result = StringTable::intern(string, CHECK_NULL);
oop StringTable::intern(Handle stringornull, jchar* name,
int len, TRAPS) {
unsigned int hashValue = javalangString::hash_string(name, len);
int index = thetable()->hashto_index(hashValue);
oop string = the_table()->lookup(index, name, len, hashValue);
if (string != NULL) return string;
return thetable()->basicadd(index, stringornull, name, len,
hashValue, CHECK_NULL);
}
````
代码块有点长这里只截取了部分内容,源码可以学习开源jdk代码,连接: https://codeload.github.com/abhijangda/OpenJDK8/zip/master
C++这段代码有点像HashMap的哈希桶+链表的数据结构,用来存放字符串,所以如果哈希值冲突严重,就会导致链表过长。这在我们讲解hashMap中已经介绍,可以回看 HashMap源码
StringTable 是一个固定长度的数组
1009
个大小,jdk1.6不可调、jdk1.7可以设置-XX:StringTableSize
,按需调整。
3.3 问题图解
看图说话,如下;
先说
==
,基础类型比对的是值,引用类型比对的是地址。另外,equal 比对的是哈希值。两个new出来的对象,地址肯定不同,所以是false。
intern(),直接把值推进了常量池,所以两个对象都做了
intern()
操作后,比对是常量池里的值。str_3 = "ab"
,赋值,JVM编译器做了优化,不会重新创建对象,直接引用常量池里的值。所以str_1.intern() == str_3
,比对结果是true。
理解了这个结构,根本不需要死记硬背应对面试,让懂了就是真的懂,大脑也会跟着愉悦。
五、StringBuilder 源码分析
1. 初始化
这几种方式都可以初始化,你可以传一个初始化容量,也可以初始化一个默认的字符串。它的源码如下;
定睛一看,这就是在初始化数组呀!那是不操作起来跟使用 ArrayList
似的呀!
2. 添加元素
添加元素的操作很简单,使用 append
即可,那么它是怎么往数组中存放的呢,需要扩容吗?
2.1 入口方法
这个是
public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder
,的父类与StringBuffer
共用这个方法。这里包括了容量检测、元素拷贝、记录
count
数量。
2.2 扩容操作
ensureCapacityInternal(count + len);
如上,StringBuilder
,就跟操作数组的原理一样,都需要检测容量大小,按需扩容。扩容的容量是 n * 2 + 2,另外把原有元素拷贝到新新数组中。
2.3 填充元素
str.getChars(0, len, value, count);
添加元素的方式是基于 System.arraycopy
拷贝操作进行的,这是一个本地方法。
2.4 toString()
既然 stringBuilder
是数组,那么它是怎么转换成字符串的呢?
stringBuilder.toString();
其实需要用到它是 String
字符串的时候,就是使用 String
的构造函数传递数组进行转换的,这个方法在我们上面讲解 String
的时候已经介绍过。
六、StringBuffer 源码分析
StringBuffer
与 StringBuilder
,API的使用和底层实现上基本一致,维度不同的是 StringBuffer
加了 synchronized
🔒锁,所以它是线程安全的。源码如下;
那么,synchronized
不是重量级锁吗,JVM对它有什么优化呢?
其实为了减少获得锁与释放锁带来的性能损耗,从而引入了偏向锁、轻量级锁、重量级锁来进行优化,它的进行一个锁升级,如下图(此图引自互联网用户:韭韭韭韭菜,画的非常优秀);
从无锁状态开始,当线程进入
synchronized
同步代码块,会检查对象头和栈帧内是否有当前线下ID编号,无则使用CAS
替换。解锁时,会使用
CAS
将Displaced Mark Word
替换回到对象头,如果成功,则表示竞争没有发生,反之则表示当前锁存在竞争锁就会升级成重量级锁。另外,大多数情况下锁🔒是不发生竞争的,基本由一个线程持有。所以,为了避免获得锁与释放锁带来的性能损耗,所以引入锁升级,升级后不能降级。
七、常用API
八、总结
业精于勤,荒于嬉
,你学到的知识不一定只是为了面试准备,还更应该是拓展自己的技术深度和广度。这个过程可能很痛苦,但总得需要某一个烧脑的过程,才让其他更多的知识学起来更加容易。本文介绍了
String、StringBuilder、StringBuffer
,的数据结构和源码分析,更加透彻的理解后,也能更加准确的使用,不会被因为不懂而犯错误。想把代码写好,至少要有这四面内容,包括;数据结构、算法、源码、设计模式,这四方面在加上业务经验与个人视野,才能真的把一个需求、一个大项目写的具备良好的扩展性和易维护性。
九、系列推荐
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【小傅哥】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/9f52c0215d80a169ad462d5bf】。文章转载请联系作者。
评论 (1 条评论)