java int轉String所有方式的效率對比與深入解析

Shawn_Dut發表於2017-04-17
Java

　　在java中，大家肯定都會遇到int型別轉String型別的情形，知其然知其所以然，總結加分析一下，int型別轉String型別有以下幾種方式：　　

  1. a+""
  2. String.valueOf(a)
  3. Integer.toString(a)
　　以上三種方法在實際使用過程中都是沒有問題的，但是效率上還是有些許差別的，所以寫個小程式來對比一下他們的效率： 
int a = 123456789;
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i=0; i<100000; i++){
    String m = a+"";
}
long end = System.currentTimeMillis();
Log.e("time", "a+\"\" = " + (end - start));

start = System.currentTimeMillis();
for (int i=0; i<100000; i++){
    String n = String.valueOf(a);
}
end = System.currentTimeMillis();
Log.e("time", "String.valueOf(a) = " +(end-start));

start = System.currentTimeMillis();
for (int i=0; i<100000; i++){
    String n = Integer.toString(a);
}
end = System.currentTimeMillis();
Log.e("time", "Integer.toString(a) = " +(end-start));複製程式碼

最後列印出來的執行時間：

E/time: a+"" = 257
E/time: String.valueOf(a) = 140
E/time: Integer.toString(a) = 159複製程式碼

可以看到在效率上除了a+""這種方式之外，其他兩種方式的效率差不多，為什麼呢？看原始碼！

String.valueOf(a) && Integer.toString(a)

　　先看看後兩種方式的原始碼：
String.valueOf(a)->Integer.toString(a)->IntegralToString.intToString(a)->convertInt(null, a)

Integer.toString(a)->IntegralToString.intToString(a)->convertInt(null, a)
可以看到String.valueOf是通過呼叫Integer.toString實現的，也難怪他們的效率如此接近。他們最後都會呼叫到convertInt函式中：

private static String convertInt(AbstractStringBuilder sb, int i) {
    boolean negative = false;
    String quickResult = null;
    if (i < 0) {
        negative = true;
        i = -i;
        if (i < 100) {
            if (i < 0) {
                // If -n is still negative, n is Integer.MIN_VALUE
                quickResult = "-2147483648";
            } else {
                quickResult = SMALL_NEGATIVE_VALUES[i];
                if (quickResult == null) {
                    SMALL_NEGATIVE_VALUES[i] = quickResult =
                            i < 10 ? stringOf('-', ONES[i]) : stringOf('-', TENS[i], ONES[i]);
                }
            }
        }
    } else {
        if (i < 100) {
            quickResult = SMALL_NONNEGATIVE_VALUES[i];
            if (quickResult == null) {
                SMALL_NONNEGATIVE_VALUES[i] = quickResult =
                        i < 10 ? stringOf(ONES[i]) : stringOf(TENS[i], ONES[i]);
            }
        }
    }
    if (quickResult != null) {
        if (sb != null) {
            sb.append0(quickResult);
            return null;
        }
        return quickResult;
    }

    int bufLen = 11; // Max number of chars in result
    char[] buf = (sb != null) ? BUFFER.get() : new char[bufLen];
    int cursor = bufLen;

    // Calculate digits two-at-a-time till remaining digits fit in 16 bits
    while (i >= (1 << 16)) {
        // Compute q = n/100 and r = n % 100 as per "Hacker's Delight" 10-8
        int q = (int) ((0x51EB851FL * i) >>> 37);
        int r = i - 100*q;
        buf[--cursor] = ONES[r];
        buf[--cursor] = TENS[r];
        i = q;
    }

    // Calculate remaining digits one-at-a-time for performance
    while (i != 0) {
        // Compute q = n/10 and r = n % 10 as per "Hacker's Delight" 10-8
        int q = (0xCCCD * i) >>> 19;
        int r = i - 10*q;
        buf[--cursor] = DIGITS[r];
        i = q;
    }

    if (negative) {
        buf[--cursor] = '-';
    }

    if (sb != null) {
        sb.append0(buf, cursor, bufLen - cursor);
        return null;
    } else {
        return new String(cursor, bufLen - cursor, buf);
    }
}複製程式碼

分析一下，這個函式的工作主要可以分為這幾步：

  1. 如果a為負數，將a變成正數，如果a還小於0，直接置為Integer.MIN_VALUE；如果a小於100，則直接使用TENS和ONES陣列進行快速計算得出結果，加上'-'號，直接返回該結果。
  2. 如果a為正數並且小於100，直接使用TENS和ONES陣列進行快速計算得出結果返回。
  3. 如果上面兩步沒有處理完，說明a是大於100的數字，無法直接使用TENS和ONES陣列進行快速計算，處理方式就是2位為一步迴圈處理，每次將這兩位使用TENS和ONES陣列進行快速計算得出這兩位的結果存在陣列的相應位置，直到只剩一位；最後剩下的一位使用DIGITS陣列得出16進位制的結果放在最後，返回結果。
　　那麼問題來了，當a>=100的時候，那兩次while迴圈為什麼會使用0x51EB851FL和0xCCCD這兩個數字呢？這個問題不要問我，我也不知道，不過原始碼作者註釋寫的很明白了：
// Compute q = n/100 and r = n % 100 as per "Hacker's Delight" 10-8
// Compute q = n/10 and r = n % 10 as per "Hacker's Delight" 10-8
去看《Hacker's Delight》的10-8章。
　　接著還有一個問題是TENS和ONES陣列，直接看程式碼，一目瞭然： 
/** TENS[i] contains the tens digit of the number i, 0 <= i <= 99. */
private static final char[] TENS = {
        '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0',
        '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1',
        '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2',
        '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3',
        '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4',
        '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5',
        '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6',
        '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7',
        '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8',
        '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9'
};

/** Ones [i] contains the tens digit of the number i, 0 <= i <= 99. */
private static final char[] ONES = {
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
};複製程式碼

每個陣列都是100的長度，都是用來處理0~99這100個數字，個位和十位的處理方式也很清楚。
　　從程式碼角度來看，這個演算法在數字小於100的和大於100的處理方式是不一樣的，小於100的快速計演算法執行時間會遠遠短於大於100的方式，驗證一下，將a變數修改為10：

E/time: i+"" = 199
E/time: String.valueOf() = 7
E/time: Integer.toString() = 6複製程式碼

確實短了很多！！！

a+""

　　再來看看a+""的方式，我承認這種方式我用的最多了，因為太簡單了，java原始碼對'+'運算子進行了過載，原始碼我找不到啊，不過從網上找一些資料：

The Java language provides special support for the string concatenation operator ( + ), and for conversion of other objects to strings. String concatenation is implemented through the StringBuilder(or StringBuffer) class and its append method. String conversions are implemented through the method toString, defined by Object and inherited by all classes in Java. For additional information on string concatenation and conversion, see Gosling, Joy, and Steele, The Java Language Specification.

地址：docs.oracle.com/javase/6/do…

可以看到，'+'運算子的主要方式是使用StringBuilder或者StringBuffer來實現的，類似於：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("");
sb.append(i);
String strI = sb.toString();複製程式碼

再來看看append的原始碼：
StringBuffer.append->IntegralToString.appendInt(this, a)->convertInt(sb, i)
可以看到'+'運算子最後也是呼叫到了同一個函式，只不過第一個引數的sb不為null而已，所以已經很清楚了，'+'運算子的執行效率不高的原因應該就在之前的new StringBuilder等操作和之後的StringBuilder.toString等操作，反編譯class檔案也可以得出一樣的結論：
stackoverflow.com/a/4105406。
　　所以a+""的方式以後就少用一點了，效率不高，也顯得不太專業。

擴充套件

　　String 擴充套件的相關知識：
常量池的記憶體分配在 JDK6、7、8中有不同的實現：

  1. JDK6及之前版本中，常量池的記憶體在永久代PermGen進行分配，所以常量池會受到PermGen記憶體大小的限制。
  2. JDK7中，常量池的記憶體在Java堆上進行分配，意味著常量池不受固定大小的限制了。
  3. JDK8中，虛擬機器團隊移除了永久代PermGen。
    關於永久代移除：www.infoq.com/cn/articles…
    例子1：
    public class StringTest {
 public static void main(String[] args) {
     String a = "java";
     String b = "java";
     String c = "ja" + "va";
 }
}複製程式碼
    變數 a、b 和 c 都指向常量池的 “java” 字串，表示式 “ja” + “va” 在編譯期間會把結果值”java”直接賦值給c，所以最終的結果 a==c 為 true。

例子2：

public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "hello ";
        String b = "world";
        String c = a + b;
        String d = "hello world";
    }
}複製程式碼

我們根據上面知道在 java 中 “+” 運算子實際上是使用 StringBuilder.append 去實現的，所以此時會在 Java 堆上新建一個 String 物件，這個 String 物件最終指向常量池的 "hello world"，所以說此時 c==d 為 false。
不過有種特殊情況，當final修飾的變數發生連線動作時，編譯器會進行優化，將表示式結果直接賦值給目標變數：

public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        final String a = "hello ";
        final String b = "world";
        String c = a + b;
        String d = "hello world";
    }
}複製程式碼

所以此時 c==d 為 true。

引用

www.importnew.com/21711.html
www.importnew.com/21720.html

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