新建字符串对象与字符串字面量性能比较

Question

这个问题在StackOverflow上已经被问了很多次，但是它们都没有以性能为基础。

在《Effective Java》一书中指出：

如果String s = new String("stringette");在循环或者一个经常调用的方法中出现，那么成千上万的String实例会被不必要地创建。

改进后的版本简单得多：String s = "stringette";这个版本只使用一个String实例，而不是每次执行时都创建一个新的。

因此，我尝试了两种方法，并发现性能方面有显著的改善：

for (int j = 0; j < 1000; j++) {
    String s = new String("hello World");
}

需要大约399 372纳秒的时间。

for (int j = 0; j < 1000; j++) {
    String s = "hello World";
}

需要23,000纳秒左右。

为什么性能有如此大的提升？是否有内部发生了编译器优化？

- user1825817

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哦，正如你从书中引用的原因所述。而且这还忽略了你的测试不太可能产生任何有意义的结果。请参见：https://dev59.com/hHRB5IYBdhLWcg3wz6UK - Brian Roach

像这样进行 1,000 次迭代测试是不可行的——它很可能会产生与真实情况不符的结果... - assylias

@BrianRoach 是的，那是真的。混淆的源头在于到处都说字符串字面量是“对象字面量”，但我认为对象字面量是动态的而不是静态的。 - user1825817

为什么它们的性能不应该有所不同呢？毕竟它们执行的是完全不同的任务。 - Tony Hopkinson

@cSharper - 字符串并不是静态的，它只是一组实例池。Immutable（不可变）并不等同于static（静态）。 - Brian Roach

Answer 1

在第一种情况下，每次迭代都会创建一个新的对象；而在第二种情况下，始终使用相同的对象，并从 String 常量池中检索该对象。

在 Java 中，当你执行以下操作时：

String bla = new String("xpto");

你强制创建了一个新的字符串对象，这会占用一些时间和内存。

另一方面，如果你执行以下操作：

String muchMuchFaster = "xpto"; //String literal!

字符串（String）只会在第一次创建时生成新对象并缓存在字符串常量池中，因此每次以其文字形式引用它时，您都会获得完全相同的对象，这是非常快速的。

现在你可能会问……如果代码中的两个不同点检索相同的文字并更改它，难道不会出现问题吗？！

不会，因为在Java中，字符串（Strings）是不可变的！因此，任何会改变字符串的操作都会返回一个新的字符串，使得任何其他对相同文字的引用可以保持不变。

这是不可变数据结构的优势之一，但这是另一个问题，我可以写几页关于它。

编辑

只是澄清一下，常量池不仅限于字符串类型，您可以在这里阅读更多信息，或者如果您在谷歌搜索Java常量池。

http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/jvms7.pdf

此外，您可以进行以下简单测试来理解：

String a = new String("xpto");
String b = new String("xpto");
String c = "xpto";
String d = "xpto";

System.out.println(a == b);
System.out.println(a == c);
System.out.println(c == d);

通过这一切，你可能已经能够想象出这些Sysouts的结果：

false
false
true

由于c和d是同一对象，所以==比较为真。

- pcalcao

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你有支持这个的参考资料吗？ - Aaron Kurtzhals

我会满意于提供Java语言规范中相关章节的参考。 :) - Aaron Kurtzhals

@MarkoTopolnik 没错，我通过添加Java7 pdf版本的链接进行了更正。 - pcalcao

请注意，即使是第一次，该字符串也不会被创建：它已经在类加载时创建。就像类的“资源”一样。 - Marko Topolnik

我想我应该阅读Java的语言规范，以更好地了解这门美丽的语言。谢谢大家。 - user1825817

Answer 2

事实上，性能差异要大得多：HotSpot编译整个循环的难度较小。

for (int j = 0; j < 1000; j++)
{String s="hello World";}

在运行时，将方法调用优化掉以使运行时间为0。然而，这只有在JIT编译器启动后才会发生；这就是所谓的预热，在JVM上进行微基准测试时是必需的程序。

这是我运行的代码：

public static void timeLiteral() {
  for (int j = 0; j < 1_000_000_000; j++)
  {String s="hello World";}
}
public static void main(String... args) {
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final long start = System.nanoTime();
    timeLiteral();
    System.out.println((System.nanoTime() - start) / 1000);
  }
}

以下是典型输出结果：

1412
38
25
1
1
0
0
1
0
1

您很快就可以观察到JIT的效果。

请注意，我在内部方法中不是迭代一千次，而是十亿次。

- Marko Topolnik

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JIT非常快，不知道字符串字面量是否真的有必要提高性能..谢谢 - user1825817

如果您使用new String()，性能会大大降低，因为构造函数调用和随后的堆分配不会被优化掉。String s="hello World"基本上是一个无操作：将常量赋值给未使用的局部变量，因此对于HotSpot来说，这是一个微不足道的情况。 - Marko Topolnik

从未见过下划线符号的表示法。这在Java中允许吗？ - Kirill Rakhman

@cypressious 自Java 7起已经允许。 - Marko Topolnik

@cypressious，对于像10亿这样的东西，你可以使用(int) 1e9 -> 在我看来更易读。 - bestsss

Answer 3

如已经被回答，第二个方法从字符串池中检索实例（记住字符串是不可变的）。

此外，您应该检查intern()方法，该方法使您能够将新的String()放入池中，以防您在运行时不知道字符串的常量值，例如：

String s = stringVar.intern();

or

new String(stringVar).intern();

我会添加额外的事实，你应该知道除了String对象之外，池中还存在更多信息（哈希码）：这使得相关数据结构中的快速hashMap搜索字符串成为可能（而不是每次重新创建哈希码）。

- Michael

Answer 4

JVM维护一个对于字符串字面量的引用池。在你的新字符串例子中，你使用了每个字面量的实例来进行封装。

请参见http://www.precisejava.com/javaperf/j2se/StringAndStringBuffer.htm

- sam