浅谈Java StringBuilder为什么线程不安全

程序员文章站 2022-06-14 13:44:00

引言面试官：stringbuilder和stringbuffer的区别在哪？我：stringbuilder不是线程安全的，stringbuffer是线程安全的面...

引言

面试官：stringbuilder和stringbuffer的区别在哪？

我：stringbuilder不是线程安全的，stringbuffer是线程安全的

面试官：那stringbuilder不安全的点在哪儿？

我：。。。（哑巴了）

在这之前我只记住了stringbuilder不是线程安全的，stringbuffer是线程安全的这个结论，至于stringbuilder为什么不安全从来没有去想过。

分析

在分析这个问题之前我们要知道stringbuilder和stringbuffer的内部实现跟string类一样，都是通过一个char数组存储字符串的，不同的是string类里面的char数组是final修饰的，是不可变的，而stringbuilder和stringbuffer的char数组是可变的。

首先通过一段代码去看一下多线程操作stringbuilder对象会出现什么问题

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());
  }
 
}

我们能看到这段代码创建了10个线程，每个线程循环1000次往stringbuilder对象里面append字符。正常情况下代码应该输出10000，但是实际运行会输出什么呢？

浅谈Java StringBuilder为什么线程不安全

我们看到输出了“9326”，小于预期的10000，并且还抛出了一个arrayindexoutofboundsexception异常（异常不是必现）。

1、为什么输出值跟预期值不一样

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和stringbuffer都继承了abstractstringbuilder）

//存储字符串的具体内容
char[] value;
//已经使用的字符数组的数量
int count;

再看stringbuilder的append()方法：

@override
public stringbuilder append(string str) {
  super.append(str);
  return this;
}

stringbuilder的append()方法调用的父类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;
}

我们先不管代码的第五行和第六行干了什么，直接看第七行，count += len不是一个原子操作。假设这个时候count值为10，len值为1，两个线程同时执行到了第七行，拿到的count值都是10，执行完加法运算后将结果赋值给count，所以两个线程执行完后count值为11，而不是12。这就是为什么测试代码输出的值要比10000小的原因。

2、为什么会抛出arrayindexoutofboundsexception异常。

我们看回abstractstringbuilder的append()方法源码的第五行，ensurecapacityinternal()方法是检查stringbuilder对象的原char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char数组进行扩容。

private void ensurecapacityinternal(int minimumcapacity) {
    // overflow-conscious code
  if (minimumcapacity - value.length > 0)
    expandcapacity(minimumcapacity);
}

扩容的逻辑就是new一个新的char数组，新的char数组的容量是原来char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char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));
  return copy;
}

abstractstringbuilder的append()方法源码的第六行，是将string对象里面char数组里面的内容拷贝到stringbuilder对象的char数组里面，代码如下：

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

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

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