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【源码】StringBuilder和StringBuffer源码深度剖析

2024-07-16 04:36:51   224人阅读

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我觉得要通过源码研究一个类，应该先从整体上了解这个类，比如说这个类的继承体系，有哪些超类，继承了那些接口，提供了什么样的方法。然后，我们再去源码中了解具体的实现过程，这样才不会乱~


注：以下源码基于jdk1.7.0_11

我们来看看StringBuilder和StringBuffer的继承关系:

public final class StringBuilder//1.5开始
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence

public final class StringBuffer//1.0就有了
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence

惊人的一致，两个类都继承了AbstractStringBuilder，并且实现CharSequence和Serializable接口，Serializable接口大家都熟悉，是一个序列化的标志。那么我们先来看CharSquence接口：

package java.lang;

/**
 * @author Mike McCloskey
 * @since 1.4
 * @spec JSR-51
 */
public interface CharSequence {
    int length();
    char charAt(int index);
    CharSequence subSequence(int start, int end);
    public String toString();
}

只有四个方法，这个接口为不同的字符序列类提供了统一的规范，看到这个类有个toString的方法，说明它强制子类去实现toString，而不使用默认的toString。其他三个方法也比较好理解，甚至大家在String中还经常使用这些方法，这里就不提了。
分析完了Charsequence接口，下面再看看AbstractStringBuilder类吧，听名字就知道是个抽象类。这个类是到1.5才有的，很显然是由于增加了StringBuilder，设计者觉着可以将StringBuilder和StringBuffer进行泛化，抽取共同部分，这体现了面向对象的设计理念。
abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence

AbstractStringBuilder又实现了CharSequence和Appendable接口，Appendable看名字就知道肯定跟StringBuilder和StringBuffer的可变性有关，我们果断看看Appendable接口：

package java.lang;
import java.io.IOException;
public interface Appendable {
    Appendable append(CharSequence csq) throws IOException;
    Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException;
    Appendable append(char c) throws IOException;
}

果然，这个接口提供了append方法的不同重载形式,返回值均为自己（注：看到这里，我想到了一句话，抽象类是对类进行抽象，而接口是对行为进行抽象，想想确实如此呢），既然AbstractStringBuilder实现了此接口，必然提供了实现，下面我们回到AbstractStringBuilder类中看看这个类都干了啥。
先看成员变量：
/**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;//用于存放字符的数组
    /**
     * The count is the number of characters used.
     */
    int count;//当前字符总数

注意，这里的value数组并没有声明为final（String类的value数组是final的），说明此数组可改变。
再看构造器：
 AbstractStringBuilder() {}
    AbstractStringBuilder(int capacity) {
        value = http://www.mamicode.com/new char[capacity];>
一个无参构造器，一个构造器提供char数组初始容量,value数组根据此容量创建对象。
接下来看几个重要的方法。
首先是扩容的方法：
public void ensureCapacity(int minimumCapacity) {
        if (minimumCapacity > 0)
            ensureCapacityInternal(minimumCapacity);
    }
    /**
     * This method has the same contract as ensureCapacity, but is
     * never synchronized.
     */
    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0)
            expandCapacity(minimumCapacity);
    }
    /**
     * This implements the expansion semantics of ensureCapacity with no
     * size check or synchronization.
     */
    void expandCapacity(int minimumCapacity) {
        int newCapacity = value.length * 2 + 2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
            newCapacity = minimumCapacity;
        if (newCapacity < 0) {
            if (minimumCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = http://www.mamicode.com/Arrays.copyOf(value, newCapacity);>
ensureCapacity方法确保当前字符数组的容量最小为minimumCapacity,首先判断这个参数是否为负，若是，则返回，否则调用ensureCapacityInternal方法，这个方法内部将判断当前容量是否小于minimumCapacity，若是，则进行扩容，否则返回。扩容是通过调用expandCapacity方法来实现的，这个方法内部实现逻辑是这样的：首先试着将当前数组容量扩充为原数组容量的2倍加上2，如果这个新容量仍然小于最小值（minimumCapacity），那么就将新容量定为（minimumCapacity），最后判断是否溢出，若溢出，则将容量定为整型的最大值0x7fffffff。容量定好之后，进行一次数组拷贝。

通过这一系列步骤，应该对我们有所启发，在创建StringBuilder或StringBuffer时，尽量估算下串的长度，给一个合理的初始值，避免多次扩容带来的效率问题。
接下来看append方法（重载太多，这里只列举1个）：
  public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null) str = "null";
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }

上面这个append方法接受一个String类型的参数，也是我们最常使用的重载形式.内部逻辑比较简单，首先进行参数判断（我们写代码的时候也应该时刻注意代码的鲁棒性，注意参数的取值），若参数为空（null），则将null这几个字符作为参数，接下来判断是否需要扩容，完了之后进行一次复制，最后更新count。
还有个方法叫trimToSize，这个方法可以减少内存空间的使用，内部会进行数组复制，释放那些尚未使用的空间：
public void trimToSize() {
        if (count < value.length) {
            value = http://www.mamicode.com/Arrays.copyOf(value, count);>
至此，AbstractStringBuilder分析完毕。
好吧，现在我们可以分析StringBuilder和StringBuffer了！先来看看这个StringBuilder：
首先是构造器：
  public StringBuilder() {
        super(16);
    }

    public StringBuilder(int capacity) {
        super(capacity);
    }
    public StringBuilder(String str) {
        super(str.length() + 16);
        append(str);
    }

    public StringBuilder(CharSequence seq) {
        this(seq.length() + 16);
        append(seq);
    }
通过这个构造器我们知道了StringBuilder的默认大小为16，这个很关键哦，大家应该能够记住，如果能在面试中说出来，那也是极好的~
构造器除了有默认容量，也可以手动设置容量，为避免扩容，强烈建议大家估摸下串的大致长度~

接下来是append方法，我们推测应该调用的是AbstractStringBuilder中的append：
 public StringBuilder append(Object obj) {
        return append(String.valueOf(obj));
    }
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }

事实上也正是这样。
再来看下这个toString方法：
 public String toString() {
        // Create a copy, don't share the array
        return new String(value, 0, count);
    }

注意哦，这里返回的是一个新的字符串对象！

最后看下readObject和writeObject这两个方法，这两个方法都是私有的，方法的作用应该跟序列化有关。
  private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        s.defaultWriteObject();
        s.writeInt(count);
        s.writeObject(value);
    }
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        s.defaultReadObject();
        count = s.readInt();
        value = http://www.mamicode.com/(char[]) s.readObject();>
到这，StringBuilder分析完毕，可以看出，StringBuilder中并没有什么复杂的逻辑，实现代码主要在AbstractStringBuilder中。
下面该分析StringBuffer了，大家都知道，StringBuffer和StringBuilder的最大区别就是StringBuffer线程安全，那么可想而知，StringBuffer的方法应该加锁了，带着这个猜想，打开StringBuffer源码：
构造器就略过了，因为StringBuffer跟StringBuilder完全一样，默认容量也是16.
下面随便来几个方法：
public synchronized int length() {
        return count;
    }
public synchronized void trimToSize() {
        super.trimToSize();
    }
 public synchronized StringBuffer append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }

看，都加锁了吧。
你可能看到这个方法没加锁：
public StringBuffer append(CharSequence s) {
        // Note, synchronization achieved via other invocations
        if (s == null)
            s = "null";
        if (s instanceof String)
            return this.append((String)s);
        if (s instanceof StringBuffer)
            return this.append((StringBuffer)s);
        return this.append(s, 0, s.length());
    }

恩，确实没加，但注意到注释没，设计者说了，加锁的操作是通过它内部调用的其它方法实现的，所以这里没必要再进行一次加锁（锁需要浪费资源）。

剩下的代码都没啥说的了，除了加了synchronized关键字修饰，跟StringBuilder是一样一样的。


分析到此完毕，下面做个总结：
1.StringBuilder是jdk1.5引进的，而StringBuffer在1.0就有了；
2.StringBuilder和StringBuffer都是可变的字符串，可以通过append或者insert等方法修改串的内容；
3.StringBuffer是线程安全的而StringBuilder不是，因而在多线程的环境下优先使用StringBuffer，而其他情况下推荐使用StringBuilder，因为它更快；
4.StringBuilder和StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder类，AbStractStringBuilder主要实现了扩容、append、insert方法，StrngBuilder和StringBuffer的相关方法都直接调用的父类。
5.StringBuilder和StringBuffer的初始容量都是16,程序员尽量手动设置初始值，以避免多次扩容所带来的性能问题；
6.StringBuilder和StringBuffer的扩容机制是这样的：首先试着将当前数组容量扩充为原数组容量的2倍加上2，如果这个新容量仍然小于预定的最小值（minimumCapacity），那么就将新容量定为（minimumCapacity），最后判断是否溢出，若溢出，则将容量定为整型的最大值0x7fffffff。


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