StringBuilder 爲什麼線程不安全？

原創

晴天丶en

2019-10-25 16:32

原文鏈接：juejin.im/post/5d6228046fb9a06add4e37fe

StringBuilder 爲什麼線程不安全？

轉自：掘金，作者：千山qianshan

juejin.im/post/5d6228046fb9a06add4e37fe

引言

週五去面試又被面試的一個問題問啞巴了

面試官：StringBuilder和StringBuffer的區別在哪？

我：StringBuilder不是線程安全的，StringBuffer是線程安全的

面試官：那StringBuilder不安全的點在哪兒？

我：。。。（啞巴了）

在這之前我只記住了StringBuilder不是線程安全的，StringBuffer是線程安全的這個結論，至於StringBuilder爲什麼不安全從來沒有去想過。

分析

在分析設個問題之前我們要知道StringBuilder和StringBuffer的內部實現跟String類一樣，都是通過一個char數組存儲字符串的，不同的是String類裏面的char數組是final修飾的，是不可變的，而StringBuilder和StringBuffer的char數組是可變的。

首先通過一段代碼去看一下多線程操作StringBuilder對象會出現什麼問題

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());
    }

}

我們能看到這段代碼創建了10個線程，每個線程循環1000次往StringBuilder對象裏面append字符。正常情況下代碼應該輸出10000，但是實際運行會輸出什麼呢？

我們看到輸出了“9326”，小於預期的10000，並且還拋出了一個ArrayIndexOutOfBoundsException異常（異常不是必現）。

1、爲什麼輸出值跟預期值不一樣

我們先看一下StringBuilder的兩個成員變量（這兩個成員變量實際上是定義在AbstractStringBuilder裏面的，StringBuilder和StringBuffer都繼承了AbstractStringBuilder）

//存儲字符串的具體內容
char[] value;
//已經使用的字符數組的數量
int count;

再看StringBuilder的append()方法：

@Override
public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

StringBuilder的append()方法調用的父類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;
}

我們先不管代碼的第五行和第六行幹了什麼，直接看第七行，count += len不是一個原子操作。假設這個時候count值爲10，len值爲1，兩個線程同時執行到了第七行，拿到的count值都是10，執行完加法運算後將結果賦值給count，所以兩個線程執行完後count值爲11，而不是12。這就是爲什麼測試代碼輸出的值要比10000小的原因。

2、爲什麼會拋出ArrayIndexOutOfBoundsException異常。

我們看回AbstractStringBuilder的append()方法源碼的第五行，ensureCapacityInternal()方法是檢查StringBuilder對象的原char數組的容量能不能盛下新的字符串，如果盛不下就調用expandCapacity()方法對char數組進行擴容。

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
    if (minimumCapacity - value.length > 0)
        expandCapacity(minimumCapacity);
}

擴容的邏輯就是new一個新的char數組，新的char數組的容量是原來char數組的兩倍再加2，再通過System.arryCopy()函數將原數組的內容複製到新數組，最後將指針指向新的char數組。

void expandCapacity(int minimumCapacity) {
    //計算新的容量
    int newCapacity = value.length * 2 + 2;
    //中間省略了一些檢查邏輯
    ...
    value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
}

Arrys.copyOf()方法

public static char[] copyOf(char[] original, int newLength) {
    char[] copy = new char[newLength];
    //拷貝數組
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}

AbstractStringBuilder的append()方法源碼的第六行，是將String對象裏面char數組裏面的內容拷貝到StringBuilder對象的char數組裏面，代碼如下：

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

getChars()方法

public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {
    //中間省略了一些檢查
    ...
    System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
    }

拷貝流程見下圖