为什么StringBuilder是线程不安全的?StringBuffer是线程安全的?

面试中经常问到的一个问题:StringBuilderStringBuffer的区别是什么?
我们非常自信的说出:StringBuilder是线程不安全的,StirngBuffer是线程安全的
面试官:StringBuilder不安全的点在哪儿?
这时候估计就哑巴了。。。

分析

StringBufferStringBuilder的实现内部是和String内部一样的,都是通过 char[]数组的方式;不同的是Stringchar[]数组是通过final关键字修饰的是不可变的,而StringBufferStringBuilderchar[]数组是可变的。

首先我们看下边这个例子:

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public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10000; i++){
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++){
stringBuilder.append("a");
}
}).start();
}

Thread.sleep(100L);
System.out.println(stringBuilder.length());
}
}

直觉告诉我们输出结果应该是10000000,但是实际运行结果并非我们所想。

执行结果

从上图可以看到输出结果是9970698,并非是我们预期的1000000(什么情况?剩下的那些都被计算机吃了?),并且还抛出了一个异常ArrayIndexOutOfBoundsException(吃了我的东西还给我吐出来个异常){非必现}

为什么输出结果并非预期值?

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,StringBuilderStringBuffer都继承了AbstractStringBuilder

AbstractStringBuilder.class

StringBuilderappend方法

StringBuilder.append(String str)

StringBuilderappend方法调用了父类的append方法

AbstractStringBuilder.append(String str)

我们直接看第七行代码,count += len; 不是一个原子操作,实际执行流程为

  • 首先加载count的值到寄存器
  • 在寄存器中执行 +1操作
  • 将结果写入内存

假设我们count的值是10len的值为1,两个线程同时执行到了第七行,拿到的值都是10,执行完加法运算后将结果赋值给count,所以两个线程最终得到的结果都是11,而不是12,这就是最终结果小于我们预期结果的原因。

为什么会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常?

我们看回AbstractStringBuilder的追加()方法源码的第五行,ensureCapacityInternal()方法是检查StringBuilder的对象的原字符数组的容量能不能盛下新的字符串,如果盛不下就调用expandCapacity()方法对字符数组进行扩容。

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private  void  ensureCapacityInternal(int  minimumCapacity)  {
//溢出意识代码
if (minimumCapacity - value .length> 0
expandCapacity(minimumCapacity);
}

扩容的逻辑就是新一个新的字符数组,新的字符数组的容量是原来字符数组的两倍再加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字符数组。

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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

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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));
返回 副本;
}

AbstractStringBuilder的追加()方法源码的第六行,是将字符串对象里面字符数组里面的内容拷贝到StringBuilder的对象的字符数组里面,代码如下:

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str.getChars(0,len,  value,count);

则GetChars()方法

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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.append()执行流程

假设现在有两个线程同时执行了StringBuilderappend()方法,两个线程都执行完了第五行的ensureCapacityInternal()方法,此刻count=5

StringBuilder.append()执行流程2

这个时候线程1cpu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.append()执行流程3

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?

StringBuffer输出结果

结果肯定是会输出 1000000,至于StringBuffer是通过什么手段实现线程安全的呢?看下源代码就明白了了。。。
StringBuffer.append()


  Java

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