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

show_me 2019-09-19 23:35 99 查看 https://www.cnblogs.com/Jacian

面试中经常问到的一个问题:

StringBuilder
StringBuffer
的区别是什么?
我们非常自信的说出:
StringBuilder
是线程安全的,
StirngBuffer
是线程不安全的
面试官:
StringBuilder
不安全的点在哪儿?
这时候估计就哑巴了。。。

分析

StringBuffer
StringBuilder
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
String
char[]
数组是通过
final
关键字修饰的是不可变的,而
StringBuffer
StringBuilder
char[]
数组是可变的。

首先我们看下边这个例子:

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。

从上图可以看到输出结果是

9970698
,并非是我们预期的
1000000
,并且还抛出了一个异常
ArrayIndexOutOfBoundsException
{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,
StringBuilder
StringBuffer
都继承了
AbstractStringBuilder

StringBuilder
append
方法

StringBuilder
append
方法调用了父类的
append
方法

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
的值时
10
len
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
,这就是最终结果小雨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。

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。

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));
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炭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:

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

则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

假设现在有两个线程同时执行了

StringBuilder
append()
方法,两个线程都执行完了第五行的
ensureCapacityInternal()
方法,此刻
count=5

这个时候

线程1
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。

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?

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。。。

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