StringBuffer,StringBuilder的区别及其源码分析

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。

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）

StringBuilder的append方法

StringBuilder的append方法调用了父类的append方法

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

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

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。

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？

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的呢？看下源代码就明白了了。。。