StringBuilder 与 StringBuffer 源码分析

简介

    StringBuilder 与 StringBuffer 是两个经常使用的操做字符串的类。

    你们都知道， StringBuilder 是线程不安全的，而 StringBuffer 是线程安全的。前者是JDK1.5加入的，后者在JDK1.0就有了。在执行速度方面，StringBuilder > StringBuffer > String。

    下面分析一下它们的内部实现。

继承关系

public final class StringBuffer
extends AbstractStringBuilder
implements java.io.Serializable, CharSequence

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

能够看到，两个类的继承关系是如出一辙的。 Serializable 是能够序列化的标志。 CharSequence 接口包含了 charAt() 、 length() 、 subSequence() 、 toString() 等方法， String 类也实现了这个接口。这里的重点是抽象类 AbstractStringBuilder ，这个类封装了 StringBuilder 和 StringBuffer 大部分操做的实现。

AbstractStringBuilder

变量及构造方法

char[] value;
int count;
AbstractStringBuilder() {
}
AbstractStringBuilder(int capacity) {
    value = new char[capacity];
}

AbstractStringBuilder 内部用一个 char[] 数组保存字符串，能够在构造的时候指定初始容量方法。

扩容

public void ensureCapacity(int minimumCapacity) {
    if (minimumCapacity > 0)
        ensureCapacityInternal(minimumCapacity);
}
 private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
    // overflow-conscious code
    if (minimumCapacity - value.length > 0)
        expandCapacity(minimumCapacity);
}
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 = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
}

扩容的方法最终是由 expandCapacity() 实现的，在这个方法中首先把容量扩大为 原来的容量加2 ，若是此时仍小于指定的容量，那么就把新的容量设为 minimumCapacity 。而后判断是否溢出，若是溢出了，把容量设为 Integer.MAX_VALUE 。最后把 value 值进行拷贝， 这显然是耗时操做 。

append()方法

public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null)
            return appendNull();
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }

append() 是最经常使用的方法，它有不少形式的重载。上面是其中一种，用于追加字符串。若是 str 是 null ,则会调用 appendNull() 方法。这个方法实际上是追加了 ‘n’ 、 ‘u’ 、 ‘l’ 、 ‘l’ 这几个字符。若是不是 null ，则首先扩容，而后调用 String 的 getChars() 方法将 str 追加到 value 末尾。最后返回对象自己，因此 append() 能够连续调用。

StringBuilder

AbstractStringBuilder 已经实现了大部分须要的方法， StringBuilder 和 StringBuffer 只须要调用便可。下面来看看 StringBuilder 的实现。

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);
}

能够看出， StringBuilder 默认的容量大小为16 。固然也能够指定初始容量，或者以一个已有的字符序列给 StringBuilder 对象赋初始值。

append()方法

public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}
public StringBuilder append(CharSequence s) {
    super.append(s);
    return this;
}

append() 的重载方法不少，这里随便列举了两个。显然，这里是直接调用的父类 AbstractStringBuilder 中的方法。

toString()

 public String toString() {
    // Create a copy, don't share the array
    return new String(value, 0, count);
}

toString() 方法返回了一个新的 String 对象，与原来的对象不共享内存。其实 AbstractStringBuilder 中的 subString() 方法也是如此。

SringBuffer

StiringBuffer 跟 StringBuilder 相似，只不过为了实现同步，不少方法使用l Synchronized 修饰，以下面的方法：

public synchronized int length() {
        return count;
}
public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}
public synchronized void setLength(int newLength) {
    toStringCache = null;
    super.setLength(newLength);
}

能够看到，方法前面确实加了 Synchronized 。

另外，在上面的 append() 以及 setLength() 方法里面还有个变量 toStringCache 。这个变量是用于最近一次 toString() 方法的缓存，任什么时候候只要 StringBuffer 被修改了这个变量会被赋值为 null 。 StringBuffer 的 toString 以下：

public synchronized String toString() {
    if (toStringCache == null) {
        toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
    }
    return new String(toStringCache, true);
}

在这个方法中，若是 toStringCache 为 null 则先缓存。最终返回的 String 对象有点不一样，这个构造方法还有个参数 true 。找到 String 的源码看一下：

 String(char[] value, boolean share) {
    // assert share : "unshared not supported";
    this.value = value;
}

原来这个构造方法构造出来的 String 对象并无实际复制字符串，只是把 value 指向了构造参数，这是为了节省复制元素的时间。不过这个构造器是具备包访问权限，通常状况下是不能调用的。

总结

• StringBuilder 和 StringBuffer 都是可变字符串，前者线程不安全，后者线程安全。

• StringBuilder 和 StringBuffer 的大部分方法均调用父类 AbstractStringBuilder 的实现。其扩容机制首先是把容量变为原来容量的2倍加2。最大容量是 Integer.MAX_VALUE ，也就是 0x7fffffff 。

• StringBuilder 和 StringBuffer 的默认容量都是16，最好预先估计好字符串的大小避免扩容带来的时间消耗。