如何更有效的例用字符串

看完上篇（請參考九月十二日的Java週報）筆者所講解的物件的比較之後，
既然講到了字串，筆者就再來跟大家討論一下，如何有效率地使用字串。
你也許會有疑問說，字串就這樣用啊，什麼叫有效率的使用字串呢？我們
先來確定一件事情，Java API說明文件上有這麼一行字：“Strings are
constant; their values cannot be changed after they are created.
String buffers support mutable strings. Because String objects
are immutable they can be shared.”。意思是字串是個常數，是不可
更改的，也就是說你對一個字串物件做任何的修改，像是加上另一個串、
把字母變大寫等等，都會產生一個新的字串物件。我們做個小小的測試，
來証明這件事情。
String str1 = new String(“hello”);
String str2 = str2;
boolean b1 = str1 == str2;

還記得上週筆者講解的字串之間比較嗎？b1得到的結果是true，代表str1
和str2參考到同一個字串物件，忘記或是不清楚的讀者，再回去翻翻週報
的內容。如果現在我們把str2加上“java”這個字串：
str2 = str2 + “java”;
boolean b2 = str1 == str2;

你會發現b2的結果是false，代表str1和str2所參考的字串物件已經不是同
一個了！現在在系統中就有三個字串物件，一個是“hello”，第二個是“
java”，第三個是“hellojava”。因為在Java中，字串有這樣一個不可修
改的特性，所以才會引發出如何有效地使用字串這個問題出來。

字串是每個應用程式都會用到的物件，常常有些程式中會對字串做大量的
運算，尤其是兩個字串的相加，例如我們寫了一個從網路上讀取網頁資料
的程式，跑個迴圈，用BufferedReader物件一次讀一行進來，然後把每一
行再加在一起。像這種很直覺、很簡單的程式，兩行就搞定了，可是JVM中
所做的事情可多了。 假設我們寫個一程式，要把一個字串一直加上“a”
一百次，很直覺得我們會這樣寫：
String str = “”;
for (int i=0; i<100; i++)
str += “a”;

可是你知道在記憶體中會產生多少的垃圾出來嗎？總共會有a、aa、aaa、
aaa….，無疑的，上述的程式雖然簡單，但浪費了不少的記憶體，而且產
生物件和物件的存取也會花掉不少的時間，我們加上幾行程式碼來測試所
花的時間和記憶體：
long startTime = System.currentTimeMillis();
long startMem = Runtime.getRuntime().freeMemory();

for (int i=0; i<1000; i++)
str += "a";

long endMem = Runtime.getRuntime().freeMemory();
System.out.println("Use memory: "+ (startMem - endMem));
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Use Time: "+ (endTime – startTime));

上面的程式在筆者的PIII-800的電腦上跑，平均花了50 ms和151256 bytes
的記憶體，時間還好，但記憶體使用量算蠻大的了。那我們要如何來改進
讓程式更有效率呢？因為String物件是不可修改的，可是程式中又常需要
這樣的一個動作，所以Java提供了另外一個類別，專門來處理字串運算用
的，這個類別就叫作StringBuffer。StringBuffer類別提供了很多方法來
做字串的運算，但如附加、刪除、插入、反轉、替換等等…。我們就用
StringBuffer類別所提供的附加(append)方法來做到跟上面那個例子同樣
的結果：
StringBuffer sb = new StringBuffer();
long startTime = System.currentTimeMillis();
long startMem = Runtime.getRuntime().freeMemory();

for (int i=0; i<1000; i++)
sb.append(“a”);

long endMem = Runtime.getRuntime().freeMemory();
System.out.println("Use memory: "+ (startMem - endMem));
long endTime = System.currentTimeMillis();

修改過的程式在筆者電腦上跑，平均花了0 ms和4854 bytes的記憶體。
0 ms？！多跑幾次有時會到10 ms，要看你電腦CPU目前的負載如何，不
過跟前面的例子比較起來，已經算是快了，而且記憶體也使用的非常少
。這只是個小小的例子，如果字串量再大一點，兩者的差異會更明顯。

所以結論就是，如果你的程式中會對字串做大量的修改時，請改用
StringBuffer類別，它會明顯示改進你程式的效率。至於StringBuffer
類別所提供的方法詳細的使用說明，就請自行參閱Java API。