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Java StringBuilder和StringBuffer源码分析 StringBuilder和StringBuffer源码分析

简介

StringBuilder 与 StringBuffer 是两个常用的操作字符串的类。大家都知道, StringBuilder 是线程不安全的,而 StringBuffer 是线程不安全的。前者是JDK1.5加入的,后者在JDK1.0就有了。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

可以看到,两个类的继承关系是一模一样的。 Serializable 是可以序列化的标志。 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 大部分操作的实现。

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,可以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 ,如果此时仍小于指定的容量,那么就把新的容量设为 minimumCapacity 。然后判断是否溢出,如果溢出了,把容量设为 Integer.MAX_VALUE 。最后把 value 值进行拷贝, 这显然是耗时操作 。

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() 是最常用的方法,它有很多形式的重载。上面是其中一种,用于追加字符串。如果 str 是 null ,则会调用 appendNull() 方法。这个方法其实是追加了 ‘n’ 、 ‘u’ 、 ‘l’ 、 ‘l’ 这几个字符。如果不是 null ,则首先扩容,然后调用 String 的 getChars() 方法将 str 追加到 value 末尾。最后返回对象本身,所以 append() 可以连续调用。

StringBuilder

AbstractStringBuilder 已经实现了大部分需要的方法, StringBuilder 和 StringBuffer 只需要调用即可。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);
}

可以看出, StringBuilder 默认的容量大小为16 。当然也可以指定初始容量,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() 的重载方法很多,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 类似,只不过为了实现同步,很多方法使用l Synchronized 修饰,如下面的方法:

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);
}

可以看到,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,任何时候只要 StringBuffer 被修改了这个变量会被赋值为 null 。 StringBuffer 的 toString 如下:

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

在这个方法中,如果 toStringCache 为 null 则先缓存。最终返回的 String 对象有点不同,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 对象并没有实际复制字符串,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有包访问权限,一般情况下是不能调用的。

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。

原文来源: http://www.codeceo.com/article/java-stringbuilder-stringbuffer.html

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