Java 9 中如何实现字符串连接？

“旧”方式输出一堆面向 StringBuilder 的操作。考虑这个程序：

public class Example {
    public static void main(String[] args)
    {
        String result = args[0] + "-" + args[1] + "-" + args[2];
        System.out.println(result);
    }
}

如果我们使用 JDK 8 或更早版本编译它，然后使用 javap -c Example 查看字节码，我们会看到如下内容：

public class Example {
  public Example();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class java/lang/StringBuilder
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
       7: aload_0
       8: iconst_0
       9: aaload
      10: invokevirtual #4                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      13: ldc           #5                  // String -
      15: invokevirtual #4                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      18: aload_0
      19: iconst_1
      20: aaload
      21: invokevirtual #4                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      24: ldc           #5                  // String -
      26: invokevirtual #4                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      29: aload_0
      30: iconst_2
      31: aaload
      32: invokevirtual #4                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      35: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      38: astore_1
      39: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      42: aload_1
      43: invokevirtual #8                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      46: return
}

如您所见，它创建了一个 StringBuilder 并使用了 append。这是众所周知的相当低效的，因为 StringBuilder 中内置缓冲区的默认容量只有 16 个字符，并且 编译器 无法知道提前分配更多，所以它结束了不得不重新分配。它也是一堆方法调用。 （请注意，JVM有时可以检测并重写这些调用模式以提高它们的效率。）

让我们看看 Java 9 生成了什么：

public class Example {
  public Example();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: aload_0
       1: iconst_0
       2: aaload
       3: aload_0
       4: iconst_1
       5: aaload
       6: aload_0
       7: iconst_2
       8: aaload
       9: invokedynamic #2,  0              // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
      14: astore_1
      15: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      18: aload_1
      19: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      22: return
}

哦，我的，但那更短。 :-) 它从 StringConcatFactory 对 makeConcatWithConstants 进行了一次调用，这在其 Javadoc 中说明了这一点：

有助于创建字符串连接方法的方法，可用于有效连接已知类型的已知数量的参数，可能在类型适应和参数的部分评估之后。这些方法通常用作 invokedynamic 调用站点的引导方法，以支持 Java 编程语言的字符串连接特性。

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在深入了解用于优化字符串连接的 invokedynamic 实现的细节之前，我认为，必须先了解一下 What's invokedynamic and how do I use it? 的背景知识

invokedynamic 指令简化并潜在地改进了 JVM 上动态语言的编译器和运行时系统的实现。它通过允许语言实现者使用包含以下步骤的 invokedynamic 指令定义自定义链接行为来做到这一点。

我可能会尝试带您了解这些为实现字符串连接优化而带来的变化。

定义引导方法：- 对于 Java9，invokedynamic 调用站点的引导方法主要支持字符串连接 makeConcat 和 makeConcatWithConstants 是随 StringConcatFactory 实现引入的。 invokedynamic 的使用提供了在运行时之前选择翻译策略的替代方法。 StringConcatFactory 中使用的翻译策略与之前的 java 版本中介绍的 LambdaMetafactory 类似。此外，问题中提到的 JEP 的目标之一是进一步扩展这些策略。

指定常量池条目：- 这些是调用动态指令的附加静态参数，除了 (1) MethodHandles.Lookup 对象，它是在调用动态指令的上下文中创建方法句柄的工厂，(2) 字符串对象，方法动态调用站点中提到的名称和 (3) MethodType 对象，动态调用站点的解析类型签名。代码的链接过程中已经有链接。在运行时，引导方法运行并链接到执行连接的实际代码中。它用适当的invokestatic 调用重写invokedynamic 调用。这会从常量池中加载常量字符串，利用引导方法静态参数将这些和其他常量直接传递给引导方法调用。

使用invokedynamic 指令：- 通过提供在初始调用期间引导调用目标一次的方法，这为惰性链接提供了便利。这里优化的具体想法是用对 java.lang.invoke.StringConcatFactory 的简单调用动态调用替换整个 StringBuilder.append 舞蹈，这将接受需要连接的值。

Indify String Concatenation 提案通过示例说明了使用 Java9 对应用程序进行基准测试，其中编译了与 @T.J. Crowder 共享的类似方法，并且字节码的差异在不同的实现之间相当明显。

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我将在这里稍微添加一些细节。要获得的主要部分是字符串连接的完成方式是运行时决定，而不是编译时决定。因此它可以更改，这意味着您已经针对 java-9 编译了一次代码，并且它可以随意更改底层实现，而无需重新编译。

第二点是目前有6 possible strategies for concatenation of String：

 private enum Strategy {
    /**
     * Bytecode generator, calling into {@link java.lang.StringBuilder}.
     */
    BC_SB,

    /**
     * Bytecode generator, calling into {@link java.lang.StringBuilder};
     * but trying to estimate the required storage.
     */
    BC_SB_SIZED,

    /**
     * Bytecode generator, calling into {@link java.lang.StringBuilder};
     * but computing the required storage exactly.
     */
    BC_SB_SIZED_EXACT,

    /**
     * MethodHandle-based generator, that in the end calls into {@link java.lang.StringBuilder}.
     * This strategy also tries to estimate the required storage.
     */
    MH_SB_SIZED,

    /**
     * MethodHandle-based generator, that in the end calls into {@link java.lang.StringBuilder}.
     * This strategy also estimate the required storage exactly.
     */
    MH_SB_SIZED_EXACT,

    /**
     * MethodHandle-based generator, that constructs its own byte[] array from
     * the arguments. It computes the required storage exactly.
     */
    MH_INLINE_SIZED_EXACT
}

您可以通过参数选择其中任何一个：-Djava.lang.invoke.stringConcat。请注意，StringBuilder 仍然是一个选项。

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