Java基础(四) StringBuffer、StringBuilder原理浅析
StringBuilder与StringBuffer作用就是用来处理字符串，但String类本身也具备很多方法可以用来处理字符串，那么为什么还要引入这两个类呢？
关于String的讲解请看Java基础(三) String深度解析
首先看下面的例子
public static void main(String[] args) {
String str0 = "hel,lo,wor,l,d";
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000; i++){
str0 += i;
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
StringBuilder sb = new StringBuilder("hel,lo,wor,l,d");
long start1 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000; i++){
sb.append(i);
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() - start1);
StringBuffer sbf = new StringBuffer("hel,lo,wor,l,d");
long start2 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000; i++){
sbf.append(i);
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() - start2);
}
上述代码中3处循环完成了同样的功能，字符串拼接，执行的结果如下：
36823
3
4
可以看出执行时间差别太大，为了解决String不擅长的大量字符串拼接这种业务场景，引入了StringBuffer和StringBuilder.
首先我们分析一下为什么String在大量字符串拼接这种场景下这么慢？
因为String本身不可变，我们对String的任何操作都会返回一个新的对象，然后当前String变量指向新的对象，而原来的String对象就会被GC回收，那么在循环中就会大量快速的创建新的对象，大量原来的对象会不断的被GC回收，消耗的时间是非常恐怖的，而且内存占用非常大。
下面我们对比了String、StringBuffer与StringBuilder的区别
| String | StringBuffer | StringBuilder |
|---|---|---|
| final修饰，不可继承 | final修饰，不可继承 | final修饰，不可继承 |
| 字符串常量，创建后不可变 | 字符串变量，可动态修改 | 字符串变量，可动态修改 |
| 不存在线程安全问题 | 线程安全，所有public方法由synchronized修改 | 线程不安全 |
| 大量字符串拼接效率最低 | 大量字符串拼接效率非常高 | 大量字符串拼接效率最高 |
StringBuffer与StringBuilder实现非常类似，下面以StringBuilder简单说明一下append()方法基本原理
1. 首先创建一个StringBuilder
StringBuilder sb1 = new StringBuilder();
StringBuilder sb2 = new StringBuilder(100);
StringBuilder对字符串的操作是通过char[]来实现的，通过默认构造器创建的StringBuilder，其内部创建的char[]的默认长度为16，当然可以调用重载的构造器传递初始长度（推荐这样，因为这样可以减少数组扩容次数，提高效率）。
/**
* Constructs a string builder with no characters in it and an
* initial capacity of 16 characters.
*/
public StringBuilder() {
super(16);
}
2. StringBuilder的append()方法
每次调用append(str)方法时，会首先判断数组长度是否足以添加传递来的字符串
/**
* Appends the specified string to this character sequence.
* <p>
* The characters of the {@code String} argument are appended, in
* order, increasing the length of this sequence by the length of the
* argument. If {@code str} is {@code null}, then the four
* characters {@code "null"} are appended.
*
* @param str a string.
* @return a reference to this object.
*/
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;
}
/**
* For positive values of {@code minimumCapacity}, this method
* behaves like {@code ensureCapacity}, however it is never
* synchronized.
* If {@code minimumCapacity} is non positive due to numeric
* overflow, this method throws {@code OutOfMemoryError}.
*/
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minimumCapacity - value.length > 0) {
value = Arrays.copyOf(value,
newCapacity(minimumCapacity));
}
}
如果传递的字符串长度 + 数组已存放的字符的长度 > 数组的长度，这时就需要进行数据扩容了
/**
* Returns a capacity at least as large as the given minimum capacity.
* Returns the current capacity increased by the same amount + 2 if
* that suffices.
* Will not return a capacity greater than {@code MAX_ARRAY_SIZE}
* unless the given minimum capacity is greater than that.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
* @throws OutOfMemoryError if minCapacity is less than zero or
* greater than Integer.MAX_VALUE
*/
private int newCapacity(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int newCapacity = (value.length << 1) + 2;
if (newCapacity - minCapacity < 0) {
newCapacity = minCapacity;
}
return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
? hugeCapacity(minCapacity)
: newCapacity;
}
扩容规则如下：默认将数组长度设置为“ (当前数组长度 * 2) + 2”，但如果按此规则扩容后的数组也不足以添加新的字符串，就需要将数组长度设置为“数组内字符长度 + 传递的字符串长度”。
因此假如我们知道拼接的字符串大概长度有100多字符，我们就可以设置初始长度150或200，这样就可以避免或减少数组扩容的次数，从而提高效率。
总结：
本文StringBuffer与StringBuilder的创建，append方法的原理讲解，对比了String、StringBuffer与StringBuilder异同，若有不对之处，请批评指正，谢谢！
