为何StringBuilder不是线程安全的？

引言

周五去面试又被面试的一个问题问哑吧了

面试官：StringBuilder和StringBuffer的区别在哪？
我：StringBuilder不是线程安全的，StringBuffer是线程安全的
面试官：那StringBuilder不安全的点在哪儿？
我：。。。（哑吧了）

在这以前我只记住了StringBuilder不是线程安全的，StringBuffer是线程安全的这个结论，至于StringBuilder为何不安全历来没有去想过。

分析

在分析设个问题以前咱们要知道StringBuilder和StringBuffer的内部实现跟String类同样，都是经过一个char数组存储字符串的，不一样的是String类里面的char数组是final修饰的，是不可变的，而StringBuilder和StringBuffer的char数组是可变的。

首先经过一段代码去看一下多线程操做StringBuilder对象会出现什么问题

`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());`
 `}`
`}`

咱们能看到这段代码建立了10个线程，每一个线程循环1000次往StringBuilder对象里面append字符。正常状况下代码应该输出10000，可是实际运行会输出什么呢？

咱们看到输出了“9326”，小于预期的10000，而且还抛出了一个ArrayIndexOutOfBoundsException异常（异常不是必现）。

一、为何输出值跟预期值不同

咱们先看一下StringBuilder的两个成员变量（这两个成员变量其实是定义在AbstractStringBuilder里面的，StringBuilder和StringBuffer都继承了AbstractStringBuilder）

`//存储字符串的具体内容`
`char[] value;`
`//已经使用的字符数组的数量`
`int count;`

再看StringBuilder的append()方法：

`@Override`
`public StringBuilder append(String str) {`
 `super.append(str);`
 `return this;`
`}`

StringBuilder的append()方法调用的父类AbstractStringBuilder的append()方法

`1.public AbstractStringBuilder append(String str) {`
`2.    if (str == null)`
`3.        return appendNull();`
`4.    int len = str.length();`
`5.    ensureCapacityInternal(count + len);`
`6.    str.getChars(0, len, value, count);`
`7.    count += len;`
`8.    return this;`
`9.}`

咱们先无论代码的第五行和第六行干了什么，直接看第七行，count += len不是一个原子操做。假设这个时候count值为10，len值为1，两个线程同时执行到了第七行，拿到的count值都是10，执行完加法运算后将结果赋值给count，因此两个线程执行完后count值为11，而不是12。这就是为何测试代码输出的值要比10000小的缘由。

二、为何会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

咱们看回AbstractStringBuilder的append()方法源码的第五行，ensureCapacityInternal()方法是检查StringBuilder对象的原char数组的容量能不能盛下新的字符串，若是盛不下就调用expandCapacity()方法对char数组进行扩容。

`private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {`
 `// overflow-conscious code`
 `if (minimumCapacity - value.length > 0)`
 `expandCapacity(minimumCapacity);`
`}`

扩容的逻辑就是new一个新的char数组，新的char数组的容量是原来char数组的两倍再加2，再经过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char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));`
 `return copy;`
`}`

AbstractStringBuilder的append()方法源码的第六行，是将String对象里面char数组里面的内容拷贝到StringBuilder对象的char数组里面，代码以下：

`str.getChars(0, len, value, count);`

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

假设如今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为何不安全已经分析完了。若是咱们将测试代码的StringBuilder对象换成StringBuffer对象会输出什么呢？

固然是输出10000啦！

那么StringBuffer用什么手段保证线程安全的？这个问题你点进StringBuffer的append()方法里面就知道了。