為什麼StringBuilder是執行緒不安全的？StringBuffer是執行緒安全的？

2019 年 10 月 3 日
筆記

面試中經常問到的一個問題：StringBuilder和StringBuffer的區別是什麼？
我們非常自信的說出：StringBuilder是執行緒不安全的，StirngBuffer是執行緒安全的
面試官：StringBuilder不安全的點在哪兒？
這時候估計就啞巴了。。。

分析

StringBuffer和StringBuilder的實現內部是和String內部一樣的，都是通過 char[]數組的方式；不同的是String的char[]數組是通過final關鍵字修飾的是不可變的，而StringBuffer和StringBuilder的char[]數組是可變的。

首先我們看下邊這個例子：

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());      }  }

直覺告訴我們輸出結果應該是10000000，但是實際運行結果並非我們所想。

從上圖可以看到輸出結果是9970698，並非是我們預期的1000000，並且還拋出了一個異常ArrayIndexOutOfBoundsException{非必現}

為什麼輸出結果並非預期值？

我們先看一下StringBuilder的兩個成員變數（這兩個成員變數實際上是定義在AbstractStringBuilder裡面的，StringBuilder和StringBuffer都繼承了AbstractStringBuilder）

StringBuilder的append方法

StringBuilder的append方法調用了父類的append方法

我們直接看第七行程式碼，count += len; 不是一個原子操作，實際執行流程為

首先載入count的值到暫存器
在暫存器中執行 +1操作
將結果寫入記憶體

假設我們count的值是10，len的值為1，兩個執行緒同時執行到了第七行，拿到的值都是10，執行完加法運算後將結果賦值給count，所以兩個執行緒最終得到的結果都是11，而不是12，這就是最終結果小於我們預期結果的原因。

為什麼會拋出ArrayIndexOutOfBoundsException異常？

我們看回AbstractStringBuilder的追加（）方法源碼的第五行，ensureCapacityInternal（）方法是檢查StringBuilder的對象的原字元數組的容量能不能盛下新的字元串，如果盛不下就調用expandCapacity（）方法對字元數組進行擴容。

private  void  ensureCapacityInternal（int  minimumCapacity）  {           //溢出意識程式碼      if  （minimumCapacity  -  value .length>  0）          expandCapacity（minimumCapacity）;  }

擴容的邏輯就是新一個新的字元數組，新的字元數組的容量是原來字元數組的兩倍再加2，再通過System.arryCopy（）函數將原數組的內容複製到新數組，最後將指針指向新的字元數組。

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））;      返回  副本;  }

AbstractStringBuilder的追加（）方法源碼的第六行，是將字元串對象裡面字元數組裡面的內容拷貝到StringBuilder的對象的字元數組裡面，程式碼如下：

str.getChars（0，len，  value，count）;

則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