作者 | 千山
連結 | juejin.im/post/5d6228046fb9a06add4e37fe
引言
面試官：StringBuilder和StringBuffer的差別在哪？
我：StringBuilder不是線程安全的，StringBuffer是線程安全的
面試官：那StringBuilder不安全的點在哪兒？
我：。。。
在這之前我隻記住了StringBuilder不是線程安全的，StringBuffer是線程安全的這個結論，至于StringBuilder為什麼不安全從來沒有去想過。
分析
在分析這個問題之前我們要知道StringBuilder和StringBuffer的内部實作跟String類一樣，都是通過一個char數組存儲字元串的，不同的是String類裡面的char數組是final修飾的，是不可變的，而StringBuilder和StringBuffer的char數組是可變的。
首先通過一段代碼去看一下多線程操作StringBuilder對象會出現什麼問題
public class StringBuilderDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder; for (int i = 0; i < 10; i++){ new Thread(new Runnable { @Override public void run { for (int j = 0; j < 1000; j++){ stringBuilder.append("a"); } } }).start; } Thread.sleep(100); System.out.println(stringBuilder.length); } }
我們能看到這段代碼建立了10個線程，每個線程循環1000次往StringBuilder對象裡面append字元。正常情況下代碼應該輸出10000，但是實際運作會輸出什麼呢？
我們看到輸出了“9326”，小于預期的10000，并且還抛出了一個ArrayIndexOutOfBoundsException異常(異常不是必現)。
1、為什麼輸出值跟預期值不一樣
我們先看一下StringBuilder的兩個成員變量(這兩個成員變量實際上是定義在AbstractStringBuilder裡面的，StringBuilder和StringBuffer都繼承了AbstractStringBuilder)
//存儲字元串的具體内容 char value; //已經使用的字元數組的數量 int count;
再看StringBuilder的append方法：
@Override public StringBuilder append(String str) { super.append(str); return this; }
StringBuilder的append方法調用的父類AbstractStringBuilder的append方法
public AbstractStringBuilder append(String str) { if (str == ) return append; int len = str.length; ensureCapacityInternal(count + len); str.getChars(0, len, value, count); count += len; return this; }
我們先不管代碼的第五行和第六行幹了什麼，直接看第七行，count += len不是一個原子操作。假設這個時候count值為10，len值為1，兩個線程同時執行到了第七行，拿到的count值都是10，執行完加法運算後将結果指派給count，是以兩個線程執行完後count值為11，而不是12。這就是為什麼測試代碼輸出的值要比10000小的原因。
2、為什麼會抛出ArrayIndexOutOfBoundsException異常。
我們看回AbstractStringBuilder的append方法源碼的第五行，ensureCapacityInternal方法是檢查StringBuilder對象的原char數組的容量能不能盛下新的字元串，如果盛不下就調用expandCapacity方法對char數組進行擴容。
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) { // overflow-conscious code if (minimumCapacity - value.length > 0) expandCapacity(minimumCapacity); }
擴容的邏輯就是new一個新的char數組，新的char數組的容量是原來char數組的兩倍再加2，再通過System.arryCopy函數将原數組的内容複制到新數組，最後将指針指向新的char數組。
void expandCapacity(int minimumCapacity) { //計算新的容量 int newCapacity = value.length * 2 + 2; //中間省略了一些檢查邏輯 ... value = Arrays.copyOf(value, newCapacity); }
Arrys.copyOf方法
public static char copyOf(char[] original, int newLength) { char copy = new char[newLength]; //拷貝數組 System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength)); return copy; }
AbstractStringBuilder的append方法源碼的第六行，是将String對象裡面char數組裡面的内容拷貝到StringBuilder對象的char數組裡面，代碼如下：
str.getChars(0, len, value, count);
getChars方法
public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) { //中間省略了一些檢查 ... System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin); }
拷貝流程見下圖
假設現在有兩個線程同時執行了StringBuilder的append方法，兩個線程都執行完了第五行的ensureCapacityInternal方法，此刻count=5。
這個時候線程1的cpu時間片用完了，線程2繼續執行。線程2執行完整個append方法後count變成6了
線程1繼續執行第六行的str.getChars方法的時候拿到的count值就是6了，執行char數組拷貝的時候就會抛出ArrayIndexOutOfBoundsException異常。
至此，StringBuilder為什麼不安全已經分析完了。如果我們将測試代碼的StringBuilder對象換成StringBuffer對象會輸出什麼呢？
當然是輸出10000啦！
那麼StringBuffer用什麼手段保證線程安全的？這個問題你點進StringBuffer的append方法裡面就知道了。
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