StringBuffer,StringBuilder的区别及其源码分析

拼搏现实的明天。 2024-04-20 09:30 54阅读 0赞

面试中经常问到的一个问题：`StringBuilder`和`StringBuffer`的区别是什么？  
我们非常自信的说出：`StringBuilder`是线程不安全的，`StirngBuffer`是线程安全的  
面试官：`StringBuilder`不安全的点在哪儿？  
这时候估计就哑巴了。。。

# 分析 #

`StringBuffer`和`StringBuilder`的实现内部是和`String`内部一样的，都是通过 `char[]`数组的方式；不同的是`String`的`char[]`数组是通过`final`关键字修饰的是不可变的，而`StringBuffer`和`StringBuilder`的`char[]`数组是可变的。

首先我们看下边这个例子,摘自http://www.wityx.com/post/26\_1\_1.html：

public class Test {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < 10000; i++){
                new Thread(() -> {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++){
                        stringBuilder.append("a");
                    }
                }).start();
            }
    
            Thread.sleep(100L);
            System.out.println(stringBuilder.length());
        }
    }

直觉告诉我们输出结果应该是`10000000`，但是实际运行结果并非我们所想。

![执行结果][FmucP95hkCgazmSiM1oq9-GoJ5cW]

从上图可以看到输出结果是`9970698`，并非是我们预期的`1000000`，并且还抛出了一个异常`ArrayIndexOutOfBoundsException`\{非必现\}

# 为什么输出结果并非预期值？ #

我们先看一下[StringBuilder][]的两个成员变量（这两个成员变量实际上是定义在`AbstractStringBuilder`里面的，`StringBuilder`和`StringBuffer`都继承了`AbstractStringBuilder`）

![www.wityx.com][]

`StringBuilder`的`append`方法

![www.wityx.com][www.wityx.com 1]

`StringBuilder`的`append`方法调用了父类的`append`方法

![www.wityx.com][www.wityx.com 2]

我们直接看第七行代码，`count += len;` 不是一个原子操作，实际执行流程为

*  首先加载`count`的值到寄存器
 *  在寄存器中执行 `+1`操作
 *  将结果写入内存

假设我们`count`的值是`10`，`len`的值为`1`，两个线程同时执行到了第七行，拿到的值都是`10`，执行完加法运算后将结果赋值给`count`，所以两个线程最终得到的结果都是`11`，而不是`12`，这就是最终结果小于我们预期结果的原因。

# 为什么会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常？ #

我们看回AbstractStringBuilder的追加（）方法源码的第五行，ensureCapacityInternal（）方法是检查StringBuilder的对象的原字符数组的容量能不能盛下新的字符串，如果盛不下就调用expandCapacity（）方法对字符数组进行扩容。

private  void  ensureCapacityInternal（int  minimumCapacity）  {
             //溢出意识代码
        if  （minimumCapacity  -  value .length>  0）
            expandCapacity（minimumCapacity）; 
    }

扩容的逻辑就是新一个新的字符数组，新的字符数组的容量是原来字符数组的两倍再加2，再通过System.arryCopy（）函数将原数组的内容复制到新数组，最后将指针指向新的字符数组。参考http://www.wityx.com/post/801\_1\_1.html

void  expandCapacity（int  minimumCapacity）  {
         //计算新的容量
        int  newCapacity =  value .length *  2  +  2 ; 
        //中间省略了一些检查逻辑
         ...
         value  = Arrays.copyOf（ value，newCapacity）; 
    }

Arrys.copyOf（）方法

public  static  char []  copyOf（char [] original，  int  newLength）  {
         char [] copy =  new  char [newLength]; 
        //拷贝数组
         System.arraycopy（original，  0，copy，  0，
                             Math.min（original.length，newLength））; 
        返回  副本; 
    }

AbstractStringBuilder的追加（）方法源码的第六行，是将字符串对象里面字符数组里面的内容拷贝到StringBuilder的对象的字符数组里面，代码如下：

str.getChars（0，len，  value，count）;

则GetChars（）方法

public  void  getChars（int  srcBegin，  int  srcEnd，  char  dst []，  int  dstBegin）  {
         //中间省略了一些检查
         ...   
        System.arraycopy（ value，srcBegin，dst，dstBegin，srcEnd  -  srcBegin）; 
    }

拷贝流程见下图  
![StringBuilder.append()执行流程][StringBuilder.append]

假设现在有两个线程同时执行了`StringBuilder`的`append()`方法，两个线程都执行完了第五行的`ensureCapacityInternal()`方法，此刻`count=5`

![StringBuilder.append()执行流程2][StringBuilder.append_2]

这个时候`线程1`的`cpu`时间片用完了，`线程2`继续执行。线程2执行完整个`append()`方法后`count`变成`6`了。

![StringBuilder.append()执行流程3][StringBuilder.append_3]

`线程1`继续执行第六行的`str.getChars()`方法的时候拿到的`count`值就是`6`了，执行`char[]`数组拷贝的时候就会抛出`ArrayIndexOutOfBoundsException`异常。

至此，`StringBuilder`为什么不安全已经分析完了。如果我们将测试代码的`StringBuilder`对象换成`StringBuffer`对象会输出什么呢？

![StringBuffer输出结果][StringBuffer]

结果肯定是会输出 `1000000`，至于`StringBuffer`是通过什么手段实现[线程安全][Link 1]的呢？看下源代码就明白了了。。。  
![StringBuffer.append()][StringBuffer.append]

[FmucP95hkCgazmSiM1oq9-GoJ5cW]: https://img.jacian.com/FmucP95hkCgazmSiM1oq9-GoJ5cW
[StringBuilder]: http://www.wityx.com/post/26_1_1.html
[www.wityx.com]: https://img.jacian.com/Fgsq98wpAjFdyi-wYPDUPYZMQmzI
[www.wityx.com 1]: https://img.jacian.com/Fr1X_6JI1fakN8ogHMX-27yZQBJv
[www.wityx.com 2]: https://img.jacian.com/Fowwe-2xu4GpspxBZSJikkON7Jy3
[StringBuilder.append]: https://img.jacian.com/FpDTeYULGYWcX-tiOBpZXzUZqJku
[StringBuilder.append_2]: https://img.jacian.com/Frtri-MtOAmzqC2hh6OwmO2uv8_t
[StringBuilder.append_3]: https://img.jacian.com/FpPE5_29h5bvuoJM0oI569QPGTo_
[StringBuffer]: https://img.jacian.com/Fi-evX7qlA5yXUKX6TWtEqiv7PqI
[Link 1]: http://www.wityx.com/post/584_1_1.html
[StringBuffer.append]: https://img.jacian.com/FlnMovQ1PXpI825EK9F8XP37VbUc