为什么 StringBuilder 不是线程安全的?

简介: 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。StringBuffer 和 StringBuilder 的 3 个区别!这篇也要看下。

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?

image.png

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。

image.png

image.png

拷贝流程见下图

image.png

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。

image.png

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。

image.png

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?

image.png*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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