如果性能很重要，我应该使用 Java 的 String.format() 吗？

Question

我们必须一直构建字符串用于日志输出等。 在 JDK 版本中，我们已经了解了何时使用 StringBuffer（多次追加，线程安全）和 StringBuilder（多次追加，非线程安全）。

使用String.format()有什么建议？ 它是否高效，或者我们是否被迫坚持对性能很重要的单行代码进行串联？

例如，丑陋的旧样式

String s = "What do you get if you multiply " + varSix + " by " + varNine + "?";

与整洁的新样式（String.format，可能会更慢），

String s = String.format("What do you get if you multiply %d by %d?", varSix, varNine);

注意：我的具体用例是整个代码中的数百个“单行”日志字符串。 它们不涉及循环，因此 StringBuilder 太重量级了。 我对 String.format() 特别感兴趣。

Answer 1

我采用了 hhafez 的代码并添加了内存测试：

private static void test() {
    Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
    long memory;
    ...
    memory = runtime.freeMemory();
    // for loop code
    memory = memory-runtime.freeMemory();

我为每种方法单独运行此测试、“+”运算符、String.format 和 StringBuilder（调用 toString()），因此使用的内存不会受到其他方法的影响。
我添加了更多连接，使字符串为“Blah”+ i +“Blah”+ i +“Blah”+ i +“Blah”。

结果如下（每次运行 5 次的平均值）：

接近	时间（ms）	分配的内存（长）
+ 运算符	747	320,504
String.format	16484	373,312
StringBuilder	769	57,344

我们可以看到，String + 和 StringBuilder 在时间上几乎是相同的，但是 StringBuilder 在内存上效率更高使用。
当我们在足够短的时间间隔内进行许多日志调用（或任何其他涉及字符串的语句）时，这一点非常重要，这样垃圾收集器就无法清理 + 运算符产生的许多字符串实例。

顺便说一句，请注意，在构造消息之前不要忘记检查日志记录级别。

结论：

1. 我将继续使用 StringBuilder。
2. 我的时间太多，或者生命太少。

Answer 2

我写了一个小类来测试两者中哪个具有更好的性能，并且 + 领先于格式。 5 到 6 倍。
自己尝试一下

import java.io.*;
import java.util.Date;

public class StringTest{

    public static void main( String[] args ){
    int i = 0;
    long prev_time = System.currentTimeMillis();
    long time;

    for( i = 0; i< 100000; i++){
        String s = "Blah" + i + "Blah";
    }
    time = System.currentTimeMillis() - prev_time;

    System.out.println("Time after for loop " + time);

    prev_time = System.currentTimeMillis();
    for( i = 0; i<100000; i++){
        String s = String.format("Blah %d Blah", i);
    }
    time = System.currentTimeMillis() - prev_time;
    System.out.println("Time after for loop " + time);

    }
}

对不同的 N 运行上面的代码显示两者的行为都是线性的，但是 String.format 慢了 5-30 倍。

原因是在当前的实现中String.format首先用正则表达式解析输入，然后填充参数。 另一方面，与 plus 的连接由 javac（而不是 JIT）优化并直接使用 StringBuilder.append。

Answer 3

这里提供的所有基准测试都有一些缺陷 ，因此结果不可靠。

我很惊讶没有人使用 JMH 进行基准测试，所以我就这么做了。

结果：

Benchmark             Mode  Cnt     Score     Error  Units
MyBenchmark.testOld  thrpt   20  9645.834 ± 238.165  ops/s  // using +
MyBenchmark.testNew  thrpt   20   429.898 ±  10.551  ops/s  // using String.format

单位是每秒的操作数，越多越好。 基准源代码。 使用 OpenJDK IcedTea 2.5.4 Java 虚拟机。

所以，旧式（使用+）要快得多。

Answer 4

你旧的丑陋风格被 JAVAC 1.6 自动编译为：

StringBuilder sb = new StringBuilder("What do you get if you multiply ");
sb.append(varSix);
sb.append(" by ");
sb.append(varNine);
sb.append("?");
String s =  sb.toString();

所以这和使用 StringBuilder 之间绝对没有区别。

String.format 更重量级，因为它创建一个新的 Formatter，解析输入格式字符串，创建一个 StringBuilder，将所有内容附加到它并调用 toString()。

Answer 5

Java 的 String.format 的工作原理如下：

1. 它解析格式字符串，分解为格式块列表，
2. 它迭代格式块，渲染到 StringBuilder，它基本上是一个数组，通过复制到新数组中，根据需要调整自身大小。 这是必要的，因为我们还不知道要分配多大的最终字符串
3. 则将其内部缓冲区复制到新字符串中

StringBuilder.toString()如果此数据的最终目的地是流（例如渲染网页或写入文件）， ），您可以将格式块直接组装到流中：

new PrintStream(outputStream, autoFlush, encoding).format("hello {0}", "world");

我推测优化器将优化格式字符串处理。 如果是这样，您将获得与手动将 String.format 展开到 StringBuilder 相同的摊销性能。

Answer 6

为了扩展/更正上面的第一个答案，实际上 String.format 并不能帮助翻译。
String.format 将帮助您打印日期/时间（或数字格式等），其中存在本地化（l10n）差异（即，某些国家/地区将打印 04Feb2009，而其他国家/地区将打印 Feb042009）。
通过翻译，您只是谈论将任何可外部化的字符串（例如错误消息等）移动到属性包中，以便您可以使用 ResourceBundle 和 MessageFormat 将正确的包用于正确的语言。

综上所述，我想说，从性能角度来看，String.format 与普通连接取决于您的喜好。 如果您更喜欢查看对 .format 的调用而不是串联，那么无论如何，请这样做。
毕竟，代码的阅读次数远多于编写的次数。

Answer 7

在您的示例中，性能概率并没有太大不同，但还有其他问题需要考虑：即内存碎片。 即使连接操作也会创建一个新字符串，即使它是临时的（GC 需要时间并且需要更多工作）。 String.format() 只是更具可读性并且涉及更少的碎片。

另外，如果您经常使用某种特定格式，请不要忘记您可以直接使用 Formatter() 类（所有 String.format() 所做的只是实例化一个一次性使用的 Formatter 实例）。

另外，您还应该注意其他事项：小心使用 substring()。 例如：

String getSmallString() {
  String largeString = // load from file; say 2M in size
  return largeString.substring(100, 300);
}

那个大字符串仍在内存中，因为这就是 Java 子字符串的工作原理。 更好的版本是：

  return new String(largeString.substring(100, 300));

或者

  return String.format("%s", largeString.substring(100, 300));

如果您同时做其他事情，第二种形式可能更有用。

Answer 8

一般来说，您应该使用 String.Format，因为它相对较快并且支持全球化（假设您实际上正在尝试编写用户可以读取的内容）。 如果您尝试翻译一个字符串而不是每个语句翻译 3 个或更多字符串（特别是对于语法结构截然不同的语言），它还可以使全球化变得更容易。

现在，如果您从未打算翻译任何内容，那么要么依赖 Java 内置的 + 运算符到 StringBuilder 的转换。 或者显式使用 Java 的 StringBuilder。

Answer 9

仅从日志记录的角度来看另一个角度。

我看到很多与登录此线程相关的讨论，因此考虑在答案中添加我的经验。 也许有人会发现它有用。

我猜想使用格式化程序进行日志记录的动机来自于避免字符串连接。 基本上，如果您不打算记录字符串连接，那么您不希望有字符串连接的开销。

除非您想记录，否则您实际上并不需要连接/格式化。 可以说，如果我定义这样的方法，

public void logDebug(String... args, Throwable t) {
    if(debugOn) {
       // call concat methods for all args
       //log the final debug message
    }
}

在这种方法中，如果它是调试消息并且 debugOn = false，则根本不会真正调用 cancat/formatter

尽管在这里使用 StringBuilder 而不是格式化程序仍然会更好。 主要动机是避免任何这种情况。

同时，我不喜欢为每个日志语句添加“if”块，因为

• 它会影响可读性
• 减少单元测试的覆盖范围 - 当您想确保每一行都经过测试时，这会令人困惑。

因此，我更喜欢使用上面的方法创建一个日志记录实用程序类，并在任何地方使用它，而不用担心性能影响和与之相关的任何其他问题。

Answer 10

我刚刚修改了 hhafez 的测试以包含 StringBuilder。 在 XP 上使用 jdk 1.6.0_10 客户端，StringBuilder 比 String.format 快 33 倍。 使用 -server 开关将系数降低到 20。

public class StringTest {

   public static void main( String[] args ) {
      test();
      test();
   }

   private static void test() {
      int i = 0;
      long prev_time = System.currentTimeMillis();
      long time;

      for ( i = 0; i < 1000000; i++ ) {
         String s = "Blah" + i + "Blah";
      }
      time = System.currentTimeMillis() - prev_time;

      System.out.println("Time after for loop " + time);

      prev_time = System.currentTimeMillis();
      for ( i = 0; i < 1000000; i++ ) {
         String s = String.format("Blah %d Blah", i);
      }
      time = System.currentTimeMillis() - prev_time;
      System.out.println("Time after for loop " + time);

      prev_time = System.currentTimeMillis();
      for ( i = 0; i < 1000000; i++ ) {
         new StringBuilder("Blah").append(i).append("Blah");
      }
      time = System.currentTimeMillis() - prev_time;
      System.out.println("Time after for loop " + time);
   }
}

虽然这听起来可能很夸张，但我认为它只在极少数情况下相关，因为绝对数字非常低：100 万个简单 String.format 调用需要 4 秒就可以了- 只要我用它们进行日志记录等。

更新： 正如 sjbotha 在评论中指出的那样，StringBuilder 测试无效，因为它缺少最终的.toString()。

在我的机器上，从 String.format(.) 到 StringBuilder 的正确加速系数是 23（使用 -server 开关时为 16）。

Answer 11

这是 hafez 条目的修改版本。 它包括一个字符串生成器选项。

public class BLA
{
public static final String BLAH = "Blah ";
public static final String BLAH2 = " Blah";
public static final String BLAH3 = "Blah %d Blah";


public static void main(String[] args) {
    int i = 0;
    long prev_time = System.currentTimeMillis();
    long time;
    int numLoops = 1000000;

    for( i = 0; i< numLoops; i++){
        String s = BLAH + i + BLAH2;
    }
    time = System.currentTimeMillis() - prev_time;

    System.out.println("Time after for loop " + time);

    prev_time = System.currentTimeMillis();
    for( i = 0; i<numLoops; i++){
        String s = String.format(BLAH3, i);
    }
    time = System.currentTimeMillis() - prev_time;
    System.out.println("Time after for loop " + time);

    prev_time = System.currentTimeMillis();
    for( i = 0; i<numLoops; i++){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(BLAH);
        sb.append(i);
        sb.append(BLAH2);
        String s = sb.toString();
    }
    time = System.currentTimeMillis() - prev_time;
    System.out.println("Time after for loop " + time);

}

for

循环 391 之后的时间
for 循环后的时间 4163
for循环227后的时间

Answer 12

这个问题的答案很大程度上取决于您的特定 Java 编译器如何优化它生成的字节码。 字符串是不可变的，理论上，每个“+”操作都可以创建一个新字符串。 但是，您的编译器几乎肯定会优化构建长字符串的临时步骤。 上面的两行代码完全有可能生成完全相同的字节码。

唯一真正了解的方法是在当前环境中迭代测试代码。 编写一个 QD 应用程序，以迭代方式连接字符串，并查看它们如何相互超时。

Answer 13

对于串联的少量字符串，请考虑使用 "hello".concat( "world!" )。 它的性能可能比其他方法更好。

如果您有超过 3 个字符串，请考虑使用 StringBuilder，或仅使用 String，具体取决于您使用的编译器。