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

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

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

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

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

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

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()

 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：

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：

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：

 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。