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为什么 StringBuilder 不是线程安全的？

2020-05-11 16:02:46来源：博客园阅读 ()

为什么 StringBuilder 不是线程安全的？

作者：千山
juejin.im/post/5d6228046fb9a06add4e37fe

引言

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：。。。（哑巴了）

在这之前我只记住了StringBuilder不是线程安全的，StringBuffer是线程安全的这个结论，至于StringBuilder为什么不安全从来没有去想过。

分析

在分析这个问题之前我们要知道StringBuilder和StringBuffer的内部实现跟String类一样，都是通过一个char数组存储字符串的，不同的是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。

首先通过一段代码去看一下多线程操作StringBuilder对象会出现什么问题。StringBuffer 和 StringBuilder 的 3 个区别！这篇也要看下。

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());
????}
}

我们能看到这段代码创建了10个线程，每个线程循环1000次往StringBuilder对象里面append字符。

正常情况下代码应该输出10000，但是实际运行会输出什么呢？

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

1、为什么输出值跟预期值不一样

我们先看一下StringBuilder的两个成员变量（这两个成员变量实际上是定义在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

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;
}

我们先不管代码的第五行和第六行干了什么，直接看第七行，count += len不是一个原子操作。

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，所以两个线程执行完后count值为11，而不是12。这就是为什么测试代码输出的值要比10000小的原因。

2、为什么会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

我们看回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，如果盛不下就调用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，再通过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，代码如下：

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