通过Java字节码发现有趣的内幕之String篇（中）

本文详细探讨了Java中不同方式的字符串拼接方法及其编译优化过程，包括字面量相加、声明变量方式相加及类成员属性的初始化。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1、字面量相加

首先来看两个字面量字符串相加发生了什么情况，Java代码：

 
         package 
          com.jaffa.test.string;
        
         public 
          class 
          StringOptTest {
        
         public 
          static 
          void 
          main(String[] args){
        
         //假设下面不符合常理的写法发生了,看聪明的编译器为我们做什么
        
         String str1 = 
         "abc"
         +
         "def"
         ;
        
         }
        
         }

编译后常量池列表和指令截图如下：

通过编译后常量池列表和指令我们发现”abc”和”def”在编译阶段被自动合成一个字符串常量了，减少运行时的指令运算。对于两个字面量的操作还适用于基本类型，如int、float、long、double等，在编译时都会对两个字面量进行运算。但是如果是一个错误的运算结果，那么编译保留原生的字节码指令，运行时报异常，如下面测试代码：

2、声明变量的方式相加

 
         String str1 = 
         "abc"
         ;
        
         String str2 = 
         "def"
         ;
        
         String str3 = str1 + str2;

常量池列表：

字节码指令：

 
         0
         : ldc           #
         16
        
         2
         : astore_1
        
         3
         : ldc           #
         18
        
         5
         : astore_2
        
         6
         : 
         new           
          #
         20
        
         9
         : dup
        
         10
         : aload_1
        
         11
         : invokestatic  #
         22
        
         14
         : invokespecial #
         28
        
         17
         : aload_2
        
         18
         : invokevirtual #
         31
        
         21
         : invokevirtual #
         35
        
         24
         : astore_3
        
         25
         : 
         return

在字节码指令第6个是先new #20，即声明了一个java.lang.StringBuilder的对象，接着执行aload_1将”abc”从栈帧的局部变量表加载到操作数栈中，执行invokestatic #22调用String.valueOf(Ljava/lang/Object)得字符串，并调用invokespecial #28来完成StringBuilder的初始化工作，即new StringBuilder(“abc”)。第17，18个执行指令完成了append(“def”)的操作，最后执行21、24指令将数据存储第3个局部变量中。所以可以得到被编译优化后的代码应该如下：

 
         String str1 = 
         "abc"
         ;
        
         String str2 = 
         "def"
         ;
        
         //String str3 = str1 + str2;
        
         String str3 = 
         new 
          StringBuilder(String.valueOf(str1)).append(str2).toString();

通过验证是否可以说明在开发时可以直接使用String来操作字符相加呢，当然不是，如果只是简单的两个短字符串相加在性能上影响不大，但是如果所要操作的是一个大内容的字符串时，在使用上是建议通过new StringBuilder(capacity)来显示声明对象，因为大量的内容相加StringBuilder内部会不断扩展存放空间和复制数据来满足操作，这样会带来额外的消耗，下面这段代码两个情况执行效率上存在差距。

 
         long 
          time1 = System.currentTimeMillis();
        
         long 
          index = 
         0
         ;
        
         String str1 = 
         "abc"
         ;
        
         String str2 = 
         "def"
         ;
        
         while
         (index<=
         1000000
         ){
        
         //cost time 3383
        
         StringBuilder str3 = 
         new 
          StringBuilder(
         200
         );
        
         //cost time 9821
        
         //String str3 = null;
        
         for
         (
         int 
          i=
         0
         ;i<
         100
         ;i++){
        
         str3.append(str1).append(str2);
        
         //str3 += str1+str2;
        
         }   
        
         index ++;
        
         }
        
         System.out.printf(
         "cost time %s"
         ,System.currentTimeMillis()-time1);

3、类成员属性

 
         package 
          com.jaffa.test.string;
        
         public 
          class 
          StringOptTest {
        
         private 
          String str1 = 
         "abc"
         ;
        
         private 
          String str2 = 
         "def"
         ;
        
         private 
          String str3 = str1+str2;
        
         }