環(huán)境：SpringBoot3.2.5

1. 簡介

在開發(fā)中，字符串拼接是非常常見的操作，廣泛應(yīng)用于日志記錄、數(shù)據(jù)處理、用戶界面生成等場景。然而，不同的字符串拼接方式在性能上有著顯著的差異，這一點往往被開發(fā)人員忽視。本文將詳細(xì)介紹 Java 中的 8 種字符串拼接方式，并通過性能測試揭示這些方法的實際表現(xiàn)，結(jié)果令人意外。

Java中可以使用如下8種方式進(jìn)行字符串的拼接：

1. "+"操作符
2. String#concat方法
3. String#join方法
4. String#format方法
5. Stream流方式
6. StringBuffer
7. StringBuilder
8. StringJoiner

下面我們依次介紹這8中方式；接下來的示例我們都將建立在JMH之上。

2. 實戰(zhàn)案例

2.1 "+"操作符

這是最簡單的方法，也是我們可能最熟悉的一種。它可以使用加號（+）運算符來連接字符串字面量、變量或者二者的組合：

@Benchmark
public void plusOperator(Blackhole hole) {
  String str1 = "Pack";
  String str2 = " xxxooo";
  String result = str1 + str2;
  hole.consume(result);
}

2.2 String#concat方法

concat() 方法由 String 類提供，可用于將兩個字符串連接在一起。

@Benchmark
public void concat(Blackhole hole) {
  String str1 = "Pack";
  String str2 = " xxxooo";
  String result = str1.concat(str2);
  hole.consume(result);
}

2.3 String#join方法

String.join() 是 Java 8 以后新增的靜態(tài)方法。它允許使用指定的分隔符連接多個字符串。

@Benchmark
public void join(Blackhole hole) {
  String str1 = "Pack"; 
  String str2 = " xxxooo"; 
  String result = String.join("", str1, str2);
  hole.consume(result);
}

2.4 String#format方法

String.format() 用于使用占位符和格式指定符格式化字符串。通過使用實際值替換占位符，可以創(chuàng)建格式化字符串。

@Benchmark
public void format(Blackhole hole) {
  String str1 = "Pack"; 
  String str2 = " xxxooo"; 
  String result = String.format("%s%s", str1, str2);
  hole.consume(result);
}

2.5 Stream流

它為在對象集合上執(zhí)行操作提供了一種富有表現(xiàn)力的方法，并允許我們使用 Collectors.joining() 來集中字符串。

@Benchmark
public void stream(Blackhole hole) {
  List<String> strList = Arrays.asList("Pack", " xxxooo");
  String result = strList.stream().collect(Collectors.joining());
  hole.consume(result);
}

2.6 StringBuffer

StringBuffer 提供了一個可變的字符序列。它允許對字符串進(jìn)行動態(tài)操作而無需創(chuàng)建新的對象。值得一提的是，它被設(shè)計為線程安全的，這意味著它可以被多個線程安全地并發(fā)訪問和修改。

@Benchmark
public void stringBuffer(Blackhole hole) {
  StringBuffer buffer = new StringBuffer();
  buffer.append("Pack") ; 
  buffer.append(" xxxooo") ; 
  String result = buffer.toString() ;
  hole.consume(result) ;
}

2.7 StringBuilder

StringBuilder 和 StringBuffer 的用途相同。它們之間唯一的區(qū)別是 StringBuilder 不是線程安全的，而 StringBuffer 是。在不需要考慮線程安全的單線程場景中，StringBuilder 是非常完美的選擇。

@Benchmark
public void stringBuilder(Blackhole hole) {
  StringBuilder builder = new StringBuilder() ; 
  builder.append("Pack") ; 
  builder.append(" xxxooo") ; 
  String result = builder.toString() ;
  hole.consume(result) ;
}

2.8 StringJoiner

StringJoiner 是從 Java 8 開始引入的一個新類。它的功能與 StringBuilder 類似，提供了一種使用分隔符連接多個字符串的方式。盡管它與 StringBuilder 有相似之處，但 StringJoiner 也不是線程安全的。

@Benchmark
public void stringJoiner(Blackhole hole) {
  StringJoiner joiner = new StringJoiner("");
  joiner.add("Pack") ;
  joiner.add(" xxxooo") ;
  String result = joiner.toString() ;
  hole.consume(result) ;
}

以上我們簡單的介紹了每一種字符串拼接的使用。

3. 性能測試

接下來，我們通過JMH進(jìn)行性能的測試，首先我們在類上添加如下的注解：

// 預(yù)熱1s鐘，預(yù)熱3次
@Warmup(iterations = 3, time = 1)
// 啟動多少個進(jìn)程
@Fork(value = 1, jvmArgsAppend = {"-Xms512m", "-Xmx512m"})
// 指定顯示結(jié)果（枚舉值）
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
// 指定顯示結(jié)果單位（枚舉值）
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
// 迭代10次，每次2s
@Measurement(iterations = 10, time = 2, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
public class StringJoinTest {
  // 上面8種字符串拼接的方法
}

在本示例中，我們將通過main的方式運行，這種方式稍微有點不是特別準(zhǔn)確，你可以選擇jar的方式。

public static void main(String[] args) throws Exception {
  Options options = new OptionsBuilder()
    // 你要測試的類
    .include(StringJoinTest.class.getSimpleName())
    // 啟動幾個進(jìn)程
    .forks(1).build();
  new Runner(options).run();
}

最終測試結(jié)果如下：

圖片

下面是對上面每一列的說明（以第一行concat測試為例說明）

Benchmark

a.說明：基準(zhǔn)測試的名稱，通常是類名+方法名。

b.示例：StringJoinTest.concat。

Mode

a.說明：基準(zhǔn)測試的模式，常見模式有：

• avgt：平均時間模式（Average Time），每個操作的平均時間。
• thrpt：吞吐量模式（Throughput），單位時間內(nèi)完成的操作次數(shù)。
• sample：采樣模式，用于收集詳細(xì)的統(tǒng)計信息。
• ss：穩(wěn)定狀態(tài)模式，用于評估長時間運行的性能穩(wěn)定性。

  b.示例：avgt

Cnt

• 說明：迭代次數(shù)，即基準(zhǔn)測試運行的次數(shù)。
• 示例：10

Score

a.說明：基準(zhǔn)測試的主要結(jié)果指標(biāo)。根據(jù)模式的不同，這個值的含義也不同。

• avgt：每個操作的平均時間（秒、毫秒、納秒等）。
• thrpt：每秒完成的操作次數(shù)（ops/s）。

b.示例：8.584

Error

• 說明：結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)誤差（Standard Error），表示結(jié)果的不確定性。
• 示例：0.175

Units

• 說明：結(jié)果的單位
• 示例：ns/op（每操作納秒）

性能排序

1. (+)plusOperator：6.154 ± 0.119 ns/op
2. concat：8.584 ± 0.175 ns/op
3. stringBuilder：11.560 ± 0.216 ns/op
4. stringBuffer：12.340 ± 0.150 ns/op
5. stringJoiner：29.932 ± 0.236 ns/op
6. join：28.210 ± 0.241 ns/op
7. stream：34.293 ± 0.284 ns/op
8. format：409.691 ± 2.941 ns/op