区分java中String+String和String+char

我们来考虑一个关于java中String的问题: "abc" + '/'和 "abc" + "/"的区别. 通过这个例子, 我们可以顺便练习一下JDK工具中javap的用法，原问题是这样的:

把斜杠/当作字符或字符串有什么区别呢？
一个是当作基本数据类型char，一个是对象String。具体有什么区别呢？
当作字符效率会更高吗？
String str = "abc" + '/';
和
String str = "abc" + "/";

1、编译器优化

首先大家应该知道, 上面那两句效果是一样的, 因为编译器会把上面那两句都优化成下面的样子:

				?

									String str = "abc/";

我们可以通过javap证明这一点. 关于javap, 可以参考《每个Java开发者都应该知道的5个JDK工具》. 我们首先创建一个类: StringOne, 在主方法中填入下面的代码：

				?

									StringOne.java

									String str1 = "abc" + '/';

									String str2 = "abc" + "/";

									System.out.println(str1 == str2);

编译并运行, 输出结果为true. 接下来, 该我们的javap登场了, 在命令行中输入下面的命令:

				?

									javap -v -l StringOne.class > StringOne.s

然后查看生成的StringOne.s文件. 就会发现其中有这么几行

				?

									StringOne.s

									#2 = String       #20      // abc/

									...

									#20 = Utf8        abc/

									...

									0: ldc      #2         // String abc/

									2: astore_1

									3: ldc      #2         // String abc/

									5: astore_2

说明str1和str2都引用字符串"abc\".

2、使用javap分析差异

现在我们换一个问法, 下面的代码中stringAddString和stringAddChar方法有什么区别?

				?

									StringTwo

									public static String stringAddString(String str1, String str2){

									  return str1 + str2;

									}

									public static String stringAddChar(String str, char ch){

									  return str + ch;

									}

这次再使用javap进行反编译, 生成文件的部分内容如下所示

				?

									StringTwo.s

									public java.lang.String stringAddString(java.lang.String, java.lang.String);

									 descriptor: (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;

									 flags: ACC_PUBLIC

									 Code:

									  stack=2, locals=3, args_size=3

									    0: new      #2         // class java/lang/StringBuilder

									    3: dup

									    4: invokespecial #3         // Method java/lang/StringBuilder."< init>":()V

									    7: aload_1

									    8: invokevirtual #4         // Method java/lang/StringBuilder. append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

									   11: aload_2

									   12: invokevirtual #4         // Method java/lang/StringBuilder. append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

									   15: invokevirtual #5         // Method java/lang/StringBuilder. toString:()Ljava/lang/String;

									   18: areturn

									public java.lang.String stringAddChar(java.lang.String, char);

									 descriptor: (Ljava/lang/String;C)Ljava/lang/String;

									 flags: ACC_PUBLIC

									 Code:

									  stack=2, locals=3, args_size=3

									    0: new      #2         // class java/lang/StringBuilder

									    3: dup

									    4: invokespecial #3         // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V

									    7: aload_1

									    8: invokevirtual #4         // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

									   11: iload_2

									   12: invokevirtual #6         // Method java/lang/StringBuilder.append:(C)Ljava/lang/StringBuilder;

									   15: invokevirtual #5         // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;

									   18: areturn

现在, 我们已经可以很清楚的看出这两个方法执行的流程了:

stringAddString

创建一个StringBuilder对象
使用append方法, 依次将两个参数添加到刚才创建的StringBuilder中.
调用toString方法.
return toString方法的返回值.

stringAddChar的过程和stringAddString一样, 只是在第二次调用append方法时stringAddString的参数是String类型, 而stringAddChar的参数是char类型.

3、StringBuilder类的append(char)方法和append(String)方法

这里，我们直接查看源码就好了（我的是jdk1.8.0_60附带的源码）。注意，虽然文档上显示StringBuilder继承自Object, 但是从源码来看, 它是继承自抽象类AbstractStringBuilder的。而且append方法是由AbstractStringBuilder实现的。

AbstractStringBuilder.java

				?

									public AbstractStringBuilder append(char c) {

									  ensureCapacityInternal(count + 1);  // 确保数组能够容纳count+1个字符

									  value[count++] = c;

									  return this;

									}

									public AbstractStringBuilder append(String str) {

									  if (str == null)

									    return appendNull();

									  int len = str.length();

									  ensureCapacityInternal(count + len);

									  str.getChars(0, len, value, count); // 拷贝字符串中的字符数组到本对象的字符数组中

									  count += len;

									  return this;

									}

剩下的就不再贴出来了。String.getChars(int, int, char[], int)最终依赖于public static native void arraycopy(Object, int, Object, int, int)。也就是说有可能是C语言写的，在拷贝大型数组时效率应该会比java写的程序好一些。那么，现在说说我的理解：

从直接内存来说, 由于String中包含char数组, 而数组应该是有长度字段的, 同时String类还有一个int hash属性, 再加上对象本身会占用额外的内存存储其他信息，所以字符串会多占用一些内存. 但是如果字符串非常长, 那么这些内存开销差不多就可以忽略了; 而如果像"/"这种情况, 字符串比较(非常)短,那么就很可能有许多个共享引用来分担这些内存开销, 那么多余的内存开销还是可以忽略的.

从调用堆栈上, 由于这里String只比char多了一两层函数调用，所以如果不考虑函数调用开销(包括时间和空间), 应该差不多;考虑函数调用开销, 应该 "abc" + '/'更好一些; 但是当需要连接若干个字符时(感觉这种情况应该更常见吧?), 由于使用char需要循环好多次才能完成连接, 调用的函数次数只会比使用String更多. 同时拷贝也不会比String直接拷贝一个数组更快. 所以这个时候就变成了"abc" + "/"吞吐量更大.
现在感觉这个问题像是在问: 读写文件时使用系统调用效率高, 还是使用标准函数库中的IO库效率高. 个人感觉, 虽然标准IO库最后还得调用系统调用, 而且这之间会产生一些临时变量, 以及更深层次的调用堆栈, 但是由于IO库的缓冲等机制, 所以IO库的吞吐量会更大, 而系统调用的实时性会好一些. 同样, 虽然String类会多几个字段, 有更深层次的函数堆栈, 但是由于缓存以及更直接的拷贝, 吞吐量应该会更好一些.

新的问题

从上面javap的反编译代码来看, 两个String相加, 会变成向StringBuilder中append字符串. 那么理论上, 下面哪段代码的效率好呢?

				?

									String str1 = "abc" + "123";  // 1

									StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); // 2

									stringBuilder.append("abc");

									stringBuilder.append("123");

									String str2 = stringBuilder.toString();