StringBuilder为什么线程不安全?

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,StringBuff...

StringBuilder为什么线程不安全?

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

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?

StringBuilder为什么线程不安全?

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:

@Overridepublic�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

StringBuilder为什么线程不安全?

假设现在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。

StringBuilder为什么线程不安全?

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

StringBuilder为什么线程不安全?

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为什么不安全已经分析完了。如果我们将测试代码的StringBuilder对象换成StringBuffer对象会输出什么呢?

StringBuilder为什么线程不安全?

当然是输出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。

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