String字符串性能优化的几种方案

原创/朱季谦

String字符串是系统里最常用的类型之一，在系统中占据了很大的内存，因此，高效地使用字符串，对系统的性能有较好的提升。

针对字符串的优化，我在工作与学习过程总结了以下三种方案作分享：

一.优化构建的超大字符串

　　验证环境：jdk1.8

　　反编译工具：jad

1.下载反编译工具jad，百度云盘下载：

链接：https://pan.baidu.com/s/1TK1_N769NqtDtLn28jR-Xg

提取码：ilil

2.验证

先执行一段例子1代码：

1 public class test3 {
2     public static void main(String[] args) {
3         String str="ab"+"cd"+"ef"+"123";
4     }
5 }

执行完成后，用反编译工具jad进行反编译：jad -o -a -s d.java test.class反编译后的代码：

 1 // Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.2 // Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html3 // Decompiler options: packimports(3) annotate 4 // Source File Name:   test.java5 package example;6 public class test7 {8     public test()9     {
10     //    0    0:aload_0         
11     //    1    1:invokespecial   #1   <Method void Object()>
12     //    2    4:return          
13     }
14     public static void main(String args[])
15     {
16         String str = "abcdef123";
17     //    0    0:ldc1            #2   <String "abcdef123">
18     //    1    2:astore_1        
19     //    2    3:return          
20     }
21 }

案例2：

1 public class test1 {
2     public static void main(String[] args)
3     {
4         String s = "abc";
5         String ss = "ok" + s + "xyz" + 5;
6         System.out.println(ss);
7     }
8 }

用反编译工具jad执行jad -o -a -s d.java test1.class进行反编译后：

 1 // Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.2 // Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html3 // Decompiler options: packimports(3) annotate 4 // Source File Name:   test1.java5 6 package example;7 8 import java.io.PrintStream;9 
10 public class test1
11 {
12     public test1()
13     {
14     //    0    0:aload_0         
15     //    1    1:invokespecial   #1   <Method void Object()>
16     //    2    4:return          
17     }
18     public static void main(String args[])
19     {
20         String s = "abc";
21     //    0    0:ldc1            #2   <String "abc">
22     //    1    2:astore_1        
23         String ss = (new StringBuilder()).append("ok").append(s).append("xyz").append(5).toString();
24     //    2    3:new             #3   <Class StringBuilder>
25     //    3    6:dup             
26     //    4    7:invokespecial   #4   <Method void StringBuilder()>
27     //    5   10:ldc1            #5   <String "ok">
28     //    6   12:invokevirtual   #6   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
29     //    7   15:aload_1         
30     //    8   16:invokevirtual   #6   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
31     //    9   19:ldc1            #7   <String "xyz">
32     //   10   21:invokevirtual   #6   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
33     //   11   24:iconst_5        
34     //   12   25:invokevirtual   #8   <Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
35     //   13   28:invokevirtual   #9   <Method String StringBuilder.toString()>
36     //   14   31:astore_2        
37         System.out.println(ss);
38     //   15   32:getstatic       #10  <Field PrintStream System.out>
39     //   16   35:aload_2         
40     //   17   36:invokevirtual   #11  <Method void PrintStream.println(String)>
41     //   18   39:return          
42     }
43 }

根据反编译结果，可以看到内部其实是通过StringBuilder进行字符串拼接的。

再来执行例3的代码：

 1 public class test2 {2     public static void main(String[] args) {3         String s = "";4         Random rand = new Random();5         for (int i = 0; i < 10; i++) {6             s = s + rand.nextInt(1000) + " ";7         }8         System.out.println(s);9     }
10 }

用反编译工具jad执行jad -o -a -s d.java test2.class进行反编译后，发现其内部同样是通过StringBuilder来进行拼接的：

 1 // Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.2 // Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html3 // Decompiler options: packimports(3) annotate 4 // Source File Name:   test2.java5 package example;6 import java.io.PrintStream;7 import java.util.Random;8 public class test29 {
10     public test2()
11     {
12     //    0    0:aload_0         
13     //    1    1:invokespecial   #1   <Method void Object()>
14     //    2    4:return          
15     }
16     public static void main(String args[])
17     {
18         String s = "";
19     //    0    0:ldc1            #2   <String "">
20     //    1    2:astore_1        
21         Random rand = new Random();
22     //    2    3:new             #3   <Class Random>
23     //    3    6:dup             
24     //    4    7:invokespecial   #4   <Method void Random()>
25     //    5   10:astore_2        
26         for(int i = 0; i < 10; i++)
27     //*   6   11:iconst_0        
28     //*   7   12:istore_3        
29     //*   8   13:iload_3         
30     //*   9   14:bipush          10
31     //*  10   16:icmpge          55
32             s = (new StringBuilder()).append(s).append(rand.nextInt(1000)).append(" ").toString();
33     //   11   19:new             #5   <Class StringBuilder>
34     //   12   22:dup             
35     //   13   23:invokespecial   #6   <Method void StringBuilder()>
36     //   14   26:aload_1         
37     //   15   27:invokevirtual   #7   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
38     //   16   30:aload_2         
39     //   17   31:sipush          1000
40     //   18   34:invokevirtual   #8   <Method int Random.nextInt(int)>
41     //   19   37:invokevirtual   #9   <Method StringBuilder StringBuilder.append(int)>
42     //   20   40:ldc1            #10  <String " ">
43     //   21   42:invokevirtual   #7   <Method StringBuilder StringBuilder.append(String)>
44     //   22   45:invokevirtual   #11  <Method String StringBuilder.toString()>
45     //   23   48:astore_1        
46 
47     //   24   49:iinc            3  1
48     //*  25   52:goto            13
49         System.out.println(s);
50     //   26   55:getstatic       #12  <Field PrintStream System.out>
51     //   27   58:aload_1         
52     //   28   59:invokevirtual   #13  <Method void PrintStream.println(String)>
53     //   29   62:return          
54     }
55 }

综上案例分析，发现字符串进行“+”拼接时，内部有以下几种情况：

1.“+”直接拼接的是常量变量，如"ab"+"cd"+"ef"+"123"，内部编译就把几个连接成一个常量字符串处理；

2. “+”拼接的含变量字符串，如案例2："ok" + s + "xyz" + 5，内部编译其实是new 一个StringBuilder来进行来通过append进行拼接；

3.案例3循环过程，实质也是“+”拼接含变量字符串，因此，内部编译时，也会创建StringBuilder来进行拼接。

对比三种情况，发现第三种情况每次做循环，都会新创建一个StringBuilder对象，这会增加系统的内存，反过来就会降低系统性能。

因此，在做字符串拼接时，单线程环境下，可以显性使用StringBuilder来进行拼接，避免每循环一次就new一个StringBuilder对象；在多线程环境下，可以使用线程安全的StringBuffer，但涉及到锁竞争，StringBuffer性能会比StringBuilder差一点。

这样，起到在字符串拼接时的优化效果。

2.如何使用String.intern节省内存？

在回答这个问题之前，可以先对一段代码进行测试：

1.首先在idea设置-XX:+PrintGCDetails -Xmx6G -Xmn3G，用来打印GC日志信息，设置如下图所示：

2.执行以下例子代码：

 1 public class test4 {2     public static void main(String[] args) {3         final int MAX=10000000;4         System.out.println("不用intern："+notIntern(MAX));5 //      System.out.println("使用intern："+intern(MAX));6     }7     private static long notIntern(int MAX){8         long start = System.currentTimeMillis();9         for (int i = 0; i < MAX; i++) {
10             int j = i % 100;
11             String str = String.valueOf(j);
12         }
13         return System.currentTimeMillis() - start;
14     }
15 /*
16     private static long intern(int MAX){
17         long start = System.currentTimeMillis();
18         for (int i = 0; i < MAX; i++) {
19             int j = i % 100;
20             String str = String.valueOf(j).intern();
21         }
22         return System.currentTimeMillis() - start;
23     }*/
24 

未使用intern的GC日志：

 1 不用intern：3542 [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 377487K->760K(2752512K)] 377487K->768K(2758656K), 0.0009102 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 3 [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 760K->0K(2752512K)] [ParOldGen: 8K->636K(6144K)] 768K->636K(2758656K), [Metaspace: 3278K->3278K(1056768K)], 0.0051214 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 4 Heap5  PSYoungGen      total 2752512K, used 23593K [0x0000000700000000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)6   eden space 2359296K, 1% used [0x0000000700000000,0x000000070170a548,0x0000000790000000)7   from space 393216K, 0% used [0x0000000790000000,0x0000000790000000,0x00000007a8000000)8   to   space 393216K, 0% used [0x00000007a8000000,0x00000007a8000000,0x00000007c0000000)9  ParOldGen       total 6144K, used 636K [0x0000000640000000, 0x0000000640600000, 0x0000000700000000)
10   object space 6144K, 10% used [0x0000000640000000,0x000000064009f2f8,0x0000000640600000)
11  Metaspace       used 3284K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K
12   class space    used 359K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

根据打印的日志分析：没有使用intern情况下，执行时间为354ms，占用内存为24229k;

使用intern的GC日志：

 1 使用intern：15152 [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 613417K->1144K(2752512K)] 613417K->1152K(2758656K), 0.0012530 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 3 [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1144K->0K(2752512K)] [ParOldGen: 8K->965K(6144K)] 1152K->965K(2758656K), [Metaspace: 3780K->3780K(1056768K)], 0.0079962 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] 4 Heap5  PSYoungGen      total 2752512K, used 15729K [0x0000000700000000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)6   eden space 2359296K, 0% used [0x0000000700000000,0x0000000700f5c400,0x0000000790000000)7   from space 393216K, 0% used [0x0000000790000000,0x0000000790000000,0x00000007a8000000)8   to   space 393216K, 0% used [0x00000007a8000000,0x00000007a8000000,0x00000007c0000000)9  ParOldGen       total 6144K, used 965K [0x0000000640000000, 0x0000000640600000, 0x0000000700000000)
10   object space 6144K, 15% used [0x0000000640000000,0x00000006400f1740,0x0000000640600000)
11  Metaspace       used 3786K, capacity 4540K, committed 4864K, reserved 1056768K
12   class space    used 420K, capacity 428K, committed 512K, reserved 1048576K

日志分析：没有使用intern情况下，执行时间为1515ms，占用内存为16694k;

综上所述:使用intern情况下，内存相对没有使用intern的情况要小，但在节省内存的同时，增加了时间复杂度。我试过将MAX=10000000再增加一个0的情况下，使用intern将会花费高达11秒的执行时间，可见，在遍历数据过大时，不建议使用intern。

因此，使用intern的前提，一定要考虑到具体的使用场景。

到这里，可以确定，使用String.intern确实可以节省内存。

接下来，分析一下intern在不同JDK版本的区别。

在JDK1.6中，字符串常量池在方法区中，方法区属于永久代。

在JDK1.7中，字符串常量池移到了堆中。

在JDK1.8中，字符串常量池移到了元空间里，与堆相独立。

分别在1.6、1.7、1.8版本执行以下一个例子：

 1 public class test5 {2     public static void main(String[] args) {3         4         String s1=new String("ab");5         s.intern();6         String s2="ab";7         System.out.println(s1==s2);8 9 
10         String s3=new String("ab")+new String("cd");
11         s3.intern();
12         String s4="abcd";
13         System.out.println(s4==s3);
14     }
15 }

1.6版本

执行结果：

fasle false

分析：

执行第一部分时：

1.代码编译时，先在字符串常量池里创建常量“ab"；在调用new时，将在堆中创建一个String对象，字符串常量创建的“ab"存储到堆中，最后堆中的String对象返回一个引用给s1。

2.s.intern()，在字符串常量池里已经存在“ab”,便不再创建存放副本“ab"；

3.s2="ab"，s2指向的是字符串常量池里”ab"，而s1指向的堆中的”ab"，故两者不相等。

该示意图如下：

执行第二部分：

1.两个new出来相加的“abcd”存放在堆中，s3指向堆中的“abcd";

2.执行s3.intern()，在将“abcd"副本的存放到字符串常量池时，发现常量池里没有该”abcd"，因此，成功存放；

3.s4="abcd"指向的是字符串常量池里已有的“abcd"副本，而s3指向的是堆中的"abcd"，副本"abcd"的地址和堆中“abcd"地址不相同，故为false;

1.7版本

false true

执行第一部分：这一部分与jdk1.6基本类似，不同在于，s1.intern()返回的是引用，而不是副本。

执行第二部分：

1.new String("ab")+new String("cd")，先在常量池里生成“ab"和”cd"，再在堆中生成“abcd";

2.执行s3.intern()时，会把“abcd”的对象引用放到字符串常量池里，发现常量池里还没有该引用，故可成功放入。当String s4="abcd"，即把字符串常量池中”abcd“的引用地址赋值给s4，相当于s4指向了堆中”abcd"的地址，故s3==s4为true。

1.8版本

false true

参考网上一些博客，在1.8版本当中，使用intern()时，执行原理如下：

若字符串常量池中，包含了与当前对象相当的字符串，将返回常量池里的字符串；若不存在，则将该字符串存放进常量池里，并返回字符串的引用。

综上所述，可见三种版本当中，使用intern时，若字符串常量池里不存在相应字符串时，存在以下区别：

例如：

String s1=new String("ab"); s.intern();

jdk1.6:若字符串常量池里没有“ab"，则会在常量池里存放一个“ab"副本，该副本地址与堆中的”ab"地址不相等；

jdk1.7:若字符串常量池里没有“ab"，会将“ab”的对象引用放到字符串常量池里，该引用地址与堆中”ab"的地址相同；

jdk1.8:若字符串常量池中包含与当前对象相当的字符串，将返回常量池里的字符串；若不存在，则将该字符串存放进常量池里，并返回字符串的引用。

3.如何使用字符串的分割方法？

在简单进行字符串分割时，可以用indexOf替代split，因为split的性能不够稳定，故针对简单的字符串分割，可优先使用indexOf代替；