Java 入門：String 與 Vector 效能優化實戰

前言：易用性的雙面刃

Java 降低了開發門檻，但若缺乏良好的編碼習慣，效能往往不如 C++。大多數效能問題源於程式碼本身而非語言。本文聚焦兩個高頻使用且易被濫用的類別：java.lang.String 與 java.util.Vector，透過實例剖析優化技巧。

一、字串串接：String vs StringBuffer

常見誤區

String s1 = "Testing String";
String s2 = "Concatenation Performance";
String s3 = s1 + " " + s2; // 效率低？

編譯器實際會將其轉換為 StringBuffer（或 JDK 5+ 的 StringBuilder）操作，因此手動寫 StringBuffer 並不一定更快：

StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append("Testing String");
sb.append(" ");
sb.append("Concatenation Performance");
String s3 = sb.toString();

關鍵在於「預分配容量」

StringBuffer() 預設容量僅 16 字元。當內容超過容量時，會觸發 expandCapacity()，內容複製開銷大。若能預估最終長度，指定初始容量可避免多次擴容：

// 最終約 40 字元，給 45 餘裕
StringBuffer sb = new StringBuffer(45);
sb.append("Testing String");
sb.append(" ");
sb.append("Concatenation Performance");
String s3 = sb.toString();

迴圈中串接：更明顯的差異

// 低效：每次迴圈建立新 StringBuffer 與 String
String s = "";
for (int i = 1; i < 10; i++) {
    s = s + "+" + i;
}

// 高效：複用單一 StringBuffer
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for (int i = 1; i < 10; i++) {
    sb.append(i).append("+");
}
String s = sb.append("=").append(sum).toString();

前者每次迴圈產生兩個臨時物件，後者零臨時物件，效能差距隨迴圈次數線性放大。

二、Vector 使用陷阱與優化

插入位置影響效能

Vector 底層為陣列，add(0, obj) 會導致所有現有元素後移，若在迴圈中重複執行，時間複雜度達 O(n²)：

Vector v = new Vector(100000);
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    v.add(0, obj); // 極慢：每次搬移所有元素
}

改用 add(obj) 尾端新增，無搬移開銷，快數個數量級：

for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    v.add(obj); // 僅擴容時複製
}

刪除操作同理

• remove(0)：後續元素前移，慢。
• remove(size()-1)：尾端刪除，無搬移，快。
• 清空整個 Vector：removeAllElements() 一次完成，避免迴圈開銷。

避免重複搜尋

// 低效：indexOf 與 remove 各搜尋一次
String s = "Hello";
int i = v.indexOf(s);
if (i != -1) v.remove(s); // remove 內部再搜尋

// 優化：直接用索引刪除
if (i != -1) v.remove(i);

// 最佳：直接 remove 物件，內部僅搜尋一次
v.remove(s);

迴圈中重複呼叫 size()

// 低效：每次迴圈呼叫 size()
for (int i = 0; i < v.size(); i++) { ... }

// 優化：將 size 存入區域變數
int size = v.size();
for (int i = 0; i < size; i++) { ... }

雖 size() 極簡單，但方法呼叫仍有堆疊幀開銷，迴圈次數大時差距可觀。

總結

• String 串接：迴圈或大量串接時，預分配 StringBuffer/StringBuilder 容量。
• Vector：優先尾端增刪、避免頭部操作、善用批次方法（removeAllElements）、迴圈邊界條件提取不變量。
• 這些微優化累積起來，能顯著降低 GC 壓力與 CPU 週期消耗。