JDK7中StringBuffer/StringBuilder源码解析

1.StringBuffer和StringBuilder概述

StringBuffer和StringBuilder相对于String而言都是可变的字符序列。StringBuffer和StringBuilder在任意时间点上它都包含某种特定的字符序列，但通过某些方法调用可以改变该序列的长度和内容。StringBuffer和StringBuilder上的主要操作是append和insert方法，可重载这些方法，以接受任意类型的数据。每个方法都能有效地将给定的数据转换成字符串，然后将该字符串的字符追加或插入到字符串生成器中。append方法始终将这些字符添加到生成器的末端；而insert方法则在指定的点添加字符。StringBuffer和StringBuilder每个字符串生成器都有一定的容量(初始容量为【字符序列的长度+16】个字符)。只要字符串生成器所包含的字符序列的长度没有超出此容量，就无需分配新的内部缓冲区。如果内部缓冲区溢出，则此容量自动增大(扩容大小为原始容量的2倍+2)。StringBuffer和StringBuilder的不同之处在于：StringBuilder的实例用于多个线程是不安全的。如果需要这样的同步则建议使用StringBuffer。StringBuilder被设计用作StringBuffer的一个简易替换。

实际运用中通常都是优先选择StringBuilder，如果实在存在线程安全问题才使用StringBuffer。在初始化时设置合理的容量大小可以有效的避免因扩容带来的形容损耗，从而达到提高性能的目的。StringBuffer没有覆盖父类的比较方法，即equals()方法，比较的是地址值。

在JDK8中StringBuffer的实现稍微有点变化，添加了toStringCache参数但是StringBuilder没有，toStringCache表示的是toString返回的最后值的缓存，只要StringBuffer存在修改就会被清除。

private transient char[] toStringCache；

 

2.AbstractStringBuilder概述

AbstractStringBuilder中的成员变量：

// The value is used for character storage.

char[] value;

// The count is the number of characters used.

int count;

Note：StringBuffer和StringBuilder都继承AbstractStringBuilder，AbstractStringBuilder提供了很多实现方法，纵观StringBuffer与StringBuilder提供的实现方法，可以看出它们基本都是直接调用AbstractStringBuilder的实现方法。由AbstractStringBuilder的源码可以得知StringBuilder和StringBuffer实际上它们的底层实现是对char[]数组的处理。因为实际项目中最常用到的是append方法，故此处只介绍append(String str)的实现，实际上其它方法的实现同append大同小异。

 

3.StringBuffer的append(String str)实现

append源码分析：

public synchronized StringBuffer append(String str) {

 super.append(str); // 调用AbstractStringBuilder的append方法实现

 return this;

}

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;

}

Note：由源码可知如果str为null会用“null”做字符填充，然后调用ensureCapacityInternal方法进行扩容，最后调用str.getChars方法进行字符拷贝，最后更新count【已占用长度】。

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {

 // overflow-conscious code

 if(minimumCapacity - value.length > 0)

   expandCapacity(minimumCapacity);

}

Note：首先根据value【当前字符数组】的长度与所需【拷贝字符长度+已占用长度】长度进行判断是否需要扩容，如果需要则调用expandCapacity方法进行扩容。

void expandCapacity(int minimumCapacity) {

 // 扩容后的长度，+2是算法所致还是存在其它意义表示不理解？

 int newCapacity = value.length * 2 + 2;

 if(newCapacity - minimumCapacity < 0)

   // 如果扩容后的长度还是比所需长度小就把扩容后的长度更新为所需的长度

   newCapacity = minimumCapacity; 

 if(newCapacity < 0) {

   // 为什么会出现overflow和newCapacity<0的情形表示不理解？

  if(minimumCapacity< 0) thrownew OutOfMemoryError();

     newCapacity = Integer.MAX_VALUE;

 }

 value = Arrays.copyOf(value, newCapacity); // 最后进行字符拷贝

}

Arrays.copyOf实现解析：

public static char[] copyOf(char[] original, int newLength) {

 char[] copy = new char[newLength];

 System.arraycopy(original, 0, copy, 0,Math.min(original.length, newLength));

 return copy;

}

Note：由源码可知Arrays.copyOf的实现比较简单，首先创建具有扩容后长度的字符数组，然后调用系统方法System.arraycopy实现数组的拷贝。

public static native void arraycopy(Object src,int srcPos,Object dest, int destPos, int length);

Note：System.arraycopy是由System类提供的Native方法。在AbstractStringBuilder中几乎所有方法都是由System.arraycopy实现，不过值得注意的是由System.arraycopy实现的拷贝通常都是浅拷贝。AbstractStringBuilder中字符拷贝的实现：

public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {

 if (srcBegin < 0) {

  throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);

 }

 if (srcEnd > value.length) {

  throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);

 }

 if (srcBegin > srcEnd) {

  throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd - srcBegin);

 }

 System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);

}

总结：StringBuffer的append实现方法比较简单，它使用synchronized来保证线程的同步，差不多它所有的实现方法都在AbstractStringBuilder中完成，究其根源它的底层实现是合理的一次或者多次使用System.arraycopy这个方法实现。StringBuilder中的方法实现同StringBuffer中的方法实现相同，只是它的方法没有使用synchronized来保证线程的同步。

 

System.arraycopy概述【API提供】：public static void arraycopy(Object src,int srcPos,Object dest,

int destPos,int length)；

从指定源数组中复制一个数组，复制从指定的位置开始，到目标数组的指定位置结束。从src引用的源数组到dest引用的目标数组，数组组件的一个子序列被复制下来。被复制的组件的编号等于length参数。源数组中位置在srcPos到srcPos+length-1之间的组件被分别复制到目标数组中的destPos到destPos+length-1位置。如果参数src和dest引用相同的数组对象，则复制的执行过程就好像首先将srcPos到srcPos+length-1位置的组件复制到一个带有length组件的临时数组，然后再将此临时数组的内容复制到目标数组的destPos到destPos+length-1位置一样。

如果dest为null，则抛出NullPointerException异常。

如果src为null, 则抛出NullPointerException异常，并且不会修改目标数组。

否则只要下列任何情况为真，则抛出ArrayStoreException异常并且不会修改目标数组：

src参数指的是非数组对象。

dest参数指的是非数组对象。

src参数和dest参数指的是那些其组件类型为不同基本类型的数组。

src参数指的是具有基本组件类型的数组且dest参数指的是具有引用组件类型的数组。

src参数指的是具有引用组件类型的数组且dest参数指的是具有基本组件类型的数组。

否则只要下列任何情况为真，则抛出IndexOutOfBoundsException异常，并且不会修改目标数组：

srcPos参数为负。

destPos参数为负。

length参数为负。

srcPos+length大于src.length，即源数组的长度。

destPos+length大于dest.length，即目标数组的长度。

否则如果源数组中srcPos到srcPos+length-1位置上的实际组件通过分配转换并不能转换成目标数组的组件类型，则抛出ArrayStoreException异常。在这种情况下，将k设置为比长度小的最小非负整数，这样就无法将src[srcPos+k]转换为目标数组的组件类型；当抛出异常时，从srcPos到srcPos+k-1位置上的源数组组件已经被复制到目标数组中的destPos到destPos+k-1位置，而目标数组中的其他位置不会被修改。（因为已经详细说明过的那些限制，只能将此段落有效地应用于两个数组都有引用类型的组件类型的情况。）

参数：

src-源数组。

srcPos-源数组中的起始位置。

dest-目标数组。

destPos-目标数据中的起始位置。

length-要复制的数组元素的数量。

抛出：

IndexOutOfBoundsException-如果复制会导致对数组范围以外的数据的访问。

ArrayStoreException-如果因为类型不匹配而使得无法将src数组中的元素存储到dest数组中。

NullPointerException-如果src或dest为null。

实现总结：StringBuffer与StringBuilder实现类似，只不过StringBuffer会使用Synchronized来保证线程的同步，它们虽然提供了不少实现方法，但是它们的实现同append(String str)大同小异【高低位代理除外】，底层几乎都是由AbstractStringBuilder来实现的，其实现是char[] value字符数组，默认容量是16。当调用append()方法时，首先会进行容量的判断，不足时会进行扩容处理【2倍+2】，然后再使用System.arraycopy进行字符拷贝，最后进行字符使用数量设置【加上新增的字符串长度】。