StringBuffer和StringBuilder源码分析

    今天分析的两个类是：StringBuffer 和 StringBuilder。开篇前，先看看它们的继承层次：

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

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

    都继承了 AbstractStringBuilder ，实现了 Serializable 和 CharSequence 接口。final类型，不能再派生子类。

一.成员变量

    (1) char[] value;// 底层都是用字符数组char[]实现，存储字符串，默认的大小为16。在父类 AbstractStringBuilder 中定义的。String的value数组使用final修饰，不能变更，StringBuffer和StringBuilder的value数组没有final修饰，是可变的。

    关于数组的大小，默认的初始化容量是16。这个数有木有想起了Map的实现子类的初始容量。假如初始化的时候，传入字符串，则最终的容量将是 (传入字符串的长度 + 16) 。

    (2) private transient char[] toStringCache;// StringBuffer特有，缓存toString最后一次返回的值。

    若是屡次连续调用toString方法的时候因为这个字段的缓存就能够少了Arrays.copyOfRange的操做(每次调用其余的修改StringBuffer对象的方法时，这些方法的第一步都会先将toStringCache设置为null，详细参见源码）

    StringBuilder.toString() 

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

    StringBuffer.toString()    

public synchronized String toString() {
        if (toStringCache == null) {// toStringCache为空，第一次操做
            toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
        }
        return new String(toStringCache, true);// 使用缓存的toStringCache，实际只传递了引用，没有复制操做
     }

    String 提供了一个保护类型的构造方法。目前不支持使用false，只使用true。那么能够判定，加入这个share的只是为了区分于String(char[] value)方法，不加这个参数就没办法定义这个函数，只有参数不一样才能进行重载。那么，第二个区别就是具体的方法实现不一样。这里直接将value的引用赋值给String的value。那么也就是说，这个方法构造出来的String和参数传过来的char[] value共享同一个数组。做用的话，确定是性能好一点。假如把该方法改成public，而不是protected的话，对外开放访问，就能够经过修改数组的引用来破坏String的不可变性。

    String(char[] value, boolean share) {
        // assert share : "unshared not supported";
        this.value = value;// 没有真正复制，只是赋值引用
    }

    对比一下，下面是实际复制了数组元素的：    

public String(char value[]) {
        this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);// 用到Arrays的copyOf方法将value中的内容逐一复制到String当中
    }

 

二.成员方法

    二者方法最大的区别是：StringBuffer是线程安全的，StringBuilder是非线程安全的。实现是StringBuffer在和StringBuilder相同的方法上加了 synchronized 修饰。

    StringBuffer.append(String)        

public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }

    StringBuilder.append(String)    

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

 

三.底层存储的扩容机制

    经过分析源码，发现每次须要扩容的都是按照 "之前容量*2+2" 进行扩容，若是扩容以后仍不知足所需容量，则直接扩容到所需容量。

    对外经过 ensureCapacity(size) 来主动扩容。    

public void ensureCapacity(int minimumCapacity) {
        if (minimumCapacity > 0)
            ensureCapacityInternal(minimumCapacity);
    }

    AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(int) private修饰，供类内部调用。newCapacity是在JDK1.8中拆分出来的方法，以前扩容都是在一个方法里面操做完成的 - expandCapacity    

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0) {
            value = Arrays.copyOf(value,newCapacity(minimumCapacity));
        }
    }
    private int newCapacity(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int newCapacity = (value.length << 1) + 2;// 之前的容量*2 + 2
        if (newCapacity - minCapacity < 0) {
            newCapacity = minCapacity;
        }
        return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
            ? hugeCapacity(minCapacity) : newCapacity;
    }
    private int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (Integer.MAX_VALUE - minCapacity < 0) { // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        }
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? minCapacity : MAX_ARRAY_SIZE;
    }

    特地去对比了一下JDK1.7的源码：

        AbstractStringBuilder.ensureCapacity(int)

            AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(int)

               AbstractStringBuilder.expandCapacity(int)

        JDK1.8的源码：

        AbstractStringBuilder.ensureCapacity(int)

            AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(int)

                AbstractStringBuilder.newCapacity(int)

                    AbstractStringBuilder.hugeCapacity(int)

    经过对比发现，JDK8把以前在一个方法里面作的操做拆分红了两个方法，看源码的时候，更容易理解。

 

四.二者对比总结

    1.相同点

        (1)继承层次相同，都继承了 AbstractStringBuilder ，实现了 Serializable 和 CharSequence 接口;

        (2)底层都是用字符数组实现，字符串都是可变的，区别于String;

        (3)初始容量都是16，扩容机制都是"之前容量*2+2"

    2.不一样点

        (1)StringBuilder不是线程安全的，StringBuffer是线程安全的(方法上多了synchronized修饰);

        (2)StringBuffer比StringBuilder多了一个toStringCache字段，用来在toString方法中进行缓存;

        (3)StringBuilder没有加同步，在不会出现线程安全问题的状况下，性能上StringBuilder应该要高于StringBuffer

 

五.扩展

    今晚看源码的时候，发现上面的数组容量有个最大值，很好奇，点进去看一下：

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;// Some VMs reserve some header words in an array.

    已有的注释意思是：有些虚拟机在数组中保留了一些头信息。避免内存溢出。

    MAX_VALUE是0x7fffffff，即 2^31 = 2,147,483,648 。那为啥最大数组的大小是 2^31 减掉 8 呢？8这个数字恰好是一个字节里面比特的数量，让人联想翩翩。

    而后去gg了一下：在StackOverflow上，有个已经解答的问题，Why the maximum array size of ArrayList is Integer.MAX_VALUE - 8?

    回答参考了developerworks的论文：Java Memory management

    缘由是：数组须要 8 byte 来存储本身的大小数量，因此最大数组定义为 Integer.MAX_VALUE - 8。