Конкатенация строк в Java — быстрее?

15 января 2010 г.

За последнее время появилось несколько постов связанных с измерениями скорости работы со строками в Java. Хотелось поделиться полученным несколько месяцев назад методом «ускорения» приложения, а именно, ускорением конкатенации строк. Это обычно одна из наиболее используемых строковых операций в общего рода приложениях и ее улучшение часто повышает производительность в целом.

В статье описывается несколько методов ускорения работы конкатенации и в конце будут выбраны лучшие по времени работы исходники.

Как можно соединить одну или несколько строк?

Способ #1: плюс

1	`String result = a + b;`

Самый очевидный для многих начинающих программистов, особенно перешедших в Java из других ЯП, где строки тоже можно «плюсовать».
На самом деле за этой конструкцией скрывается достаточно емкая операция. Тут создается новый StringBuilder и в него добавляются все полученные на вход строки. И не забываем про .toString(), на него тоже идет время.
Кстати, эта скрытая возможность может смущать начинающих кодеров. Компилируем код javac версии 1.5+ и запускаем на JVM без StringBuilder-а, например, BlackBerry, J2ME или других урезанных системах и получаем ошибку ClassNotFoundException, хотя явно нигде этот класс не используется.

Способ #2: String.concat(String)

1	`String result = a.concat(b);`

Использование «родных» методов String-а даст ощутимый прирост в производительности — они писались с расчетом на скорость и часто дают хорошие результаты. Впрочем, почему тогда не заменять одинарный “+” на .concat хотя бы на этапе компиляции?

Способ #3: StringBuffer

StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(a);
sb.append(b);
String result = sb.toString;

Хороший способ для конкатенации многих строк, допустим, в цикле. Впрочем, эту конструкцию можно еще оптимизировать:

1	`String result =` `new` `StringBuffer(a).append(b).toString();`

и за счет того, что в конструктор первая строка уже будет передаваться, этот способ будет работать немного быстрее.

Способ #4: StringBuilder

Использование аналогично предыдущему пункту, вместо StringBuffer — StringBuilder. Будет работать быстрее из-за не-синхронизированных методов последнего. Правда, проверка на java6 показала, что время почти не отличается, хотя на 5-й — почти на треть. Оптимизировали значит.

Способ #5: Re-using variables

Часто в советах оптимизации проскакивает — не плодите сущностей (с), то-есть используйте уже созданные экземпляры классов. Можем применить это для нашей конкатенации:

private / static private StringBuilder staticSb = new StringBuilder();
...
staticSb.delete(0, staticSb.length());
String result = staticSb.append(a).append(b).toString;

Такой метод очищения буфера, кстати, быстрее чем, например, StringBuilder.setLength(0);

Результаты

Тестирование проводилось на jre1.6.0_21 не так быстро как хотелось бы. Так же соединялись 3 и больше подстрок. Лучшие результаты выделены цветом.
Цифры в наносекундах за одно исполнение, исполнений каждого блока было по 100000. Выполнялось 5 измерений, лучшее и худшее отбрасывалось.

Аргументы виртуальной машины: -Xmx1024M -Xms1024M для уменьшения влияния GarbageCollector-а на время.

	2	3	4	5
a+b+c...	1109	1534	1749	2751
a.concat(b)…	395	768	1295	1885
StringBuffer	1263	1643	2504	2740
StringBuilder	1042	1482	2371	2397
Pre-allocated StringBuilder	552	617	785	967

Исходный код программы-мерялки:

001

002

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

017

018

019

020

021

022

023

024

025

026

027

028

029

030

031

032

033

034

035

036

037

038

039

040

041

042

043

044

045

046

047

048

049

050

051

052

053

054

055

056

057

058

059

060

061

062

063

064

065

066

067

068

069

070

071

072

073

074

075

076

077

078

079

080

081

082

083

084

085

086

087

088

089

090

091

092

093

094

095

096

097

098

099

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

package com.stringtest;
 
public class StringTimeTest {
 
@SuppressWarnings("unused")
public static void main(String[] args) {
String a = "first looooooooooooong striiiiiiiiiing test";
String b = "second loooooooooooong striiiiiiiiiing test123";
String c = "third looooooooooooong striiiiiiiiiing test123456";
String d = "fourth looooooooooooong striiiiiiiiiing test12345678";
String e = "fifth looooooooooooong striiiiiiiiiing test12345678901";
N=100000;
t = System.nanoTime();
System.out.println(" ===== 2 concatenation ==== ");
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a + b;
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a.concat(b);
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
String res = sb.append(a).append(b).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String res = sb.append(a).append(b).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder(200);
String res = sb.append(a).append(b).toString();
}
t();
StringBuilder sbGlob = new StringBuilder();
for (int i=0;i<N;i++) {
sbGlob.delete(0, sbGlob.length());
String res = sbGlob.append(a).append(b).toString();
}
t();
// 3
System.out.println(" ===== 3 concatenation ==== ");
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a + b + c;
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a.concat(b).concat(c);
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
String res = sb.append(a).append(b).append(c).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String res = sb.append(a).append(b).append(c).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder(200);
String res = sb.append(a).append(b).append(c).toString();
}
t();
//StringBuilder sbGlob = new StringBuilder();
for (int i=0;i<N;i++) {
sbGlob.delete(0, sbGlob.length());
String res = sbGlob.append(a).append(b).append(c).toString();
}
t();
 
// 4
System.out.println(" ===== 4 concatenation ==== ");
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a + b + c + d;
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a.concat(b).concat(c).concat(d);
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
String res = sb.append(a).append(b).append(c).append(d).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String res = sb.append(a).append(b).append(c).append(d).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder(200);
String res = sb.append(a).append(b).append(c).append(d).toString();
}
t();
//StringBuilder sbGlob = new StringBuilder();
for (int i=0;i<N;i++) {
sbGlob.delete(0, sbGlob.length());
String res = sbGlob.append(a).append(b).append(c).append(d).toString();
}
t();
// 5
System.out.println(" ===== 5 concatenation ==== ");
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a + b + c + d + e;
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
String res = a.concat(b).concat(c).concat(d).concat(e);
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
String res = sb.append(a).append(b).append(c).append(d).append(e).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String res = sb.append(a).append(b).append(c).append(d).append(e).toString();
}
t();
for (int i=0;i<N;i++) {
StringBuilder sb = new StringBuilder(200);
String res = sb.append(a).append(b).append(c).append(d).append(e).toString();
}
t();
//StringBuilder sbGlob = new StringBuilder();
for (int i=0;i<N;i++) {
sbGlob.delete(0, sbGlob.length());
String res = sbGlob.append(a).append(b).append(c).append(d).append(e).toString();
}
t();
 
}
static long t;
static long N;
static void t() {
System.out.println((System.nanoTime()-t)/1.0/N);
t = System.nanoTime();
}
}

Выводы

Выбор метода зависит от количества строк
Для соединения двух строк лучше использовать родной String.concat()
Для часто вызываемого метода, в котором будут соединяться больше двух строк, лучше использовать последний метод с очищением буфера и повторного его использования. Для thread-safety можно делать это поле ThreadLocal, например. Или вообще не-статичным членом класса.
В ходе экспериментов так же выяснилось, что одиночные a+b(+c) лучше заменять на a.concat, при большем количестве — StringBuilder.

Впрочем, не забываем, что Premature optimization is the root of all evil

Теги: оптимизация
рубрика Java