为什么 StringBuilder 不是线程安全的?
引言
你是不是遇到过这种问题:
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
在分析设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
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?
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)
再看 StringBuilder 的 append()方法:
StringBuilder 的 append()方法调用的父类 AbstractStringBuilder 的 append()方法
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。
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。
Arrys.copyOf()方法
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:
getChars()方法
拷贝流程见下图
假设现在有两个线程同时执行了 StringBuilder 的 append()方法,两个线程都执行完了第五行的 ensureCapacityInternal()方法,此刻 count=5。
这个时候线程 1 的 cpu 时间片用完了,线程 2 继续执行。线程 2 执行完整个 append()方法后 count 变成 6 了
线程 1 继续执行第六行的 str.getChars()方法的时候拿到的 count 值就是 6 了,执行 char 数组拷贝的时候就会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常。
至此,StringBuilder 为什么不安全已经分析完了。如果我们将测试代码的 StringBuilder 对象换成 StringBuffer 对象会输出什么呢?
当然是输出 10000 啦!那么 StringBuffer 用什么手段保证线程安全的?这个问题你点进 StringBuffer 的 append()方法里面就知道了。
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当然是输出 10000 啦!那么 StringBuffer 用什么手段保证线程安全的?这个问题你点进 StringBuffer 的 append()方法里面就知道了。
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