从字节码（ByteCode）角度理解 String 的连接

首先来看一道题。

题目描述

问下面两种赋值方式有何区别？

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {

        String s = "1" + "2" + "3";

        String s1 = "1";
        String s2 = s1 + "2";
        String s3 = s2 + "3";

        System.out.println(s);
        System.out.println(s3);
    }
}

分析与解答

从表面其实看不出什么，我们可以通过 Class 文件反编译成的字节码（Byte Code）来分析。

如果你在使用 IDEA，请先在 IDEA 中安装 ASMified Bytecode Outline 插件，点击安装详细教程，如果是其他集成环境，请自行 Google 安装插件教程。

ASMified Bytecode Online 插件作用：用于将 Class 文件反编译成字节码（Byte Code）形式。将上面代码在 IDEA 中运行后，生成的字节码（Byte Code）如下图所示：

...
public static void main(String[] a) {
    ldc "123"
    //astore 1
    ldc "1"
    //astore 2
    _new 'java/lang/StringBuilder'
    //dup
    //INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V
    //aload 2
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    ldc "2"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    //astore 3
    _new 'java/lang/StringBuilder'
    //dup
    //INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V
    //aload 3
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    ldc "3"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    ....
}

看不懂，没关系！你只需要知道几个指令就能理解了。根据《深入理解 Java 虚拟机（第二版）》— 周志明著的第六章知识可知：

ldc 指令：将一个常量加载到操作数栈。
_new 指令：实例化对象
invokevirtual 指令：用于调用对象的实例方法，根据对象的实际类型进行分派（虚方法分派），这也是 Java 语言中最常见的方法分派方式。

我们根据字节码顺序来看：

// "1"+"2"+"3" 被 JVM 转换成了字符串 "123" 存储到操作数栈
String s = "1" + "2" + "3";

跳过 astore、dup 等指令（不是本节重点）

/**
 * JVM 将 "1" 存储到操作数栈
 * JVM 用_new 指令实例化一个 StringBuilder 对象，调用 append() 方法连接 "1"
 * JVM 将 "2" 存储到操作数栈
 * 调用 append() 方法连接 "2"
 * 调用 toString() 转换成 String 类型
 * JVM_new 指令再实例化一个 StringBuilder 对象，调用 append() 方法连接 "12"
 * JVM 将 "3" 存储到操作数栈
 * 调用 append() 方法连接 "3"
 * 调用 toString() 转换成 String 类型
 * */
String s1 = "1";
String s2 = s1 + "2";
String s3 = s2 + "3";

当时用使用 + 操作符连接字符串时，为什么两者有无字符串对象就有区别呢？

是因为如果不出现字符串引用，字符串常量的值在编译期时就可以确定下来，所以不会使用到 StringBuilder；如果出现字符串引用，JVM 不能将字符串引用和字符串常量直接连接，所以将在运行期间动态生成 StringBuilder 对象，让它去实现连接。

说了 StringBuilder，就不能不提 StringBuffer，两者最大的区别是，前者线程不安全的，后者是线程安全的。不能一看是线程不安全就觉得不好，其实线程不安全比线程安全效率高，再者，因为我们写的一些代码不用线程安全这样多此一举。

特别注意！在循环中连接字符串时，最好不要出现字符串引用，因为每次循环都会新建 StringBuilder，即使 Java 有垃圾回收机制，这样也很浪费资源。这时候就可以用 StringBuilder 来连接字符串。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        
        // 我们这样写
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            builder.append(i);
        }
        System.out.println(builder.toString());

        // 而不是这样写
        String s = "";
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            s = s + i;
        }
        System.out.println(s);

    }
}

总结

如果此博文谬误，还望各位路过的朋友指正！

参考网址

在 Java 中连接字符串时是使用 + 号还是使用 StringBuilder