11.26 誰在乎toString的性能？

2019-11-26 17:58:01 油膩的Java

簡介

誰在乎toString的性能？沒有人！

除非你批量處理大量數據，追求算法高性能，否則將使用toString進行大量日常類型轉換。然後，你會研究為什麼它很慢，認識到toString()主要是使用內部實現的並且可以優化。

首先，讓我們看一下Javadoc的描述 Object.toString 應該做什麼：“ 返回對象的字符串表示形式。通常，該 toString方法返回一個“以文本形式表示”此對象的字符串。結果應該是簡潔易懂的表示形式，便於人們閱讀。建議所有子類都重寫此方法。 “。IDE（idea、eclipse）往往會為我們生成equals 、 hashcode 、 toString方法的重寫……我們通常會這樣。此外，IDE為我們提供了幾種選擇來生成toString： String級聯（使用+符號），StringBuffer，StringBuilder，ToStringBuilder，ReflectionToStringBuilder，Guava或Objects.toString ...

在這些實現方案中，你會選擇哪一個？

如果你想知道哪種實現更有效，我們可以通過JMH測試基準來看看效果。

對於此基準測試，我創建了類（使用繼承，集合等），並且使用了idea生成的所有不同的toString實現，以查看哪個性能更高。代碼儘量簡潔，無論使用哪種技術（見下文），為一些屬性或所有屬性（包括繼承，依賴關係和集合）生成toString都會對性能產生巨大影響。

+符號

讓我們從性能最高的方法開始：帶+符號的字符串連接。很多人告訴我們不要使用+號來生成字符串，這種寫法不友善，尤其在JVM7之前。但是，Java Compiler會將+符號編譯為字符串生成器（大多數情況下），做了很多的優化。所以，不要猶豫，使用它。但是它唯一的缺點是不處理null值，你需要自己做特殊處理。

在以下結果中是JMH的平均性能：

public String toString() {
 return "MyObject{" +
 "att1='" + att1 + '\\'' +
 ", att2='" + att2 + '\\'' +
 ", att3='" + att3 + '\\'' +
 "} " + super.toString();
}
 
// Average performance with JMH (ops/s)
// (min, avg, max) = (140772,314, 142075,167, 143844,717)

Objects.toString

Java SE 7帶來了Objects類以及一些靜態方法。Objects.toString的優點是它處理null值，如果為null，甚至可以設置默認值。性能比之前的代碼略低，但是會處理null：

public String toString() {
 return "MyObject{" +
 "att1='" + Objects.toString(att1) + '\\'' +
 ", att2='" + Objects.toString(att2) + '\\'' +
 ", att3='" + Objects.toString(att3) + '\\'' +
 "} " + super.toString();
}
 
// Average performance with JMH (ops/s)
// (min, avg, max) = (138790,233, 140791,365, 142031,847)

StringBuilder

另一種實現方案是使用StringBuilder。在這裡，很難分辨出哪種技術表現更好。後三種技術在性能方面非常相似。

public String toString() {
 final StringBuilder sb = new StringBuilder("MyObject{");
 sb.append("att1='").append(att1).append('\\'');
 sb.append(", att2='").append(att2).append('\\'');
 sb.append(", att3='").append(att3).append('\\'');
 sb.append(super.toString());
 return sb.toString();
}

// Average performance with JMH (ops/s)
// (min, avg, max) = (96073,645, 141463,438, 146205,910)

Guava

Guava幾乎沒有幫助器類：其中之一可以幫助您生成toString。它的性能不如純JDK API，但guava可以為你提供一些額外的服務

public String toString() {
 return Objects.toStringHelper(this)
 .add("att1", att1)
 .add("att2", att2)
 .add("att3", att3)
 .add("super", super.toString()).toString();
}
 
// Average performance with JMH (ops/s)
// (min, avg, max) = (97049,043, 110111,808, 114878,137)

Commons Lang3

Commons Lang3有幾種生成toString的技術：從生成器到內部檢查器。如你所看的結果，內部更易於使用，代碼行更少，但會對性能造成嚴重影響：

public String toString() {
 return new ToStringBuilder(this)
 .append("att1", att1)
 .append("att2", att2)
 .append("att3", att3)
 .append("super", super.toString()).toString();
}
 
// Average performance with JMH (ops/s)
// (min, avg, max) = ( 73510,509, 75165,552, 76406,370)

public String toString() {
 return ToStringBuilder.reflectionToString(this, ToStringStyle.SHORT_PREFIX_STYLE);
}
 
// Average performance with JMH (ops/s)
// (min, avg, max) = (31803,224, 34930,630, 35581,488)

public String toString() {
 return ReflectionToStringBuilder.toString(this);
}
 
// Average performance with JMH (ops/s)
// (min, avg, max) = (14172,485, 23204,479, 30754,901)

結論

如今，隨著JVM的優化，我們可以安全地使用+符號來連接字符串（並使用Objects.toString來處理空值）。使用JDK內置的實用程序類 Objects，無需外部框架即可處理空值。因此，開箱即用的JDK具有比本文介紹的任何其他技術更好的性能（如果你有其他框架/技術，請留言給我，我會嘗試一下，歡迎交流）。

總結一下，這是一張表，其中包含JMH的平均表現（從表現最好的到表現欠佳的）：

JMH結果

同樣，如果你經常調用toString方法，那麼所有這些都很重要。如果沒有，性能並不是真正的問題，用那個都可以，怎麼方便怎麼來。

拓展

針對+號拼接

package tostring;

public class Main {

 public static void main(String[] args) {
 int n = 1000, iterations = 10000;
 long len, t0, t1;
 
 // string builder: < 1 second
 len = 0;
 t0 = System.currentTimeMillis();
 for (int j = 0; j < iterations; j++) {
 StringBuilder builder = new StringBuilder();
 for (int i = 0; i < n; i++) {
 builder.append(i);
 }
 len += builder.toString().length();
 }
 t1 = System.currentTimeMillis();
 System.out.println(len + " " + (t1 - t0));

 // string concatenation: 10 seconds
 len = 0;
 t0 = System.currentTimeMillis();
 for (int j = 0; j < iterations; j++) {
 String res = "";
 for (int i = 0; i < n; i++) {
 res += i;
 }
 len += res.length();
 }
 t1 = System.currentTimeMillis();
 System.out.println(len + " " + (t1 - t0));
 }
 

}

請注意字符串連接，因為JVM不夠聰明，無法優化複雜的流。一個簡單的循環會使性能受到很大的影響，這也就是為什麼JDK強調“簡潔”非常重要。你應該避免循環使用toString方法。

+的String concat與String builder有可能有同樣的性能

奇怪的是，帶有+的String concat與String builder花費幾乎相同的時間

這個其中的原因就是編譯器做了一些優化產生的，編譯時，javac用StringBuilder替換串聯。

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