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:
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。
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。。。