Java StringBuilder和StringBuffer源码分析

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。

一、继承关系

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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()这几个方法，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。

二、AbstractStringBuilder

1、变量及构造方法

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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。

2、扩容

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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。

3、append()方法

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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。

三、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。

1、构造器

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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。

2、append()方法

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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。

3、toString()

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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。

四、SringBuffer

StiringBuffer跟StringBuilder类似，只不过为了实现同步，很多方法使用lSynchronized修饰，如下面的方法：

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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：

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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：

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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。

以上就是本文的全部内容，希望对大家学习Java中两个常用的操作字符串的类StringBuilder和StringBuffer有所帮助。