【 java 常用类】StringBuffer 源码分析以及 StringBuffer 底层的数组扩容机制

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前言

相信大家对 String、StringBuffer和StringBuilder都非常了解，其中StringBuffer和StringBuilder基本差不多，因此本篇博客将以StringBuffer为入口进行源码分析，并说明String、StringBuffer和StringBuilder的区别以及StringBuffer 底层的数组扩容机制！

面试题：String、StringBuffer和StringBuilder三者的异同？

之前我对String的不可变性做了总结，相反的java也有可变的字符序列StringBuffer和StringBuilder，我们先在这里总结三者的异同！

• String ：不可变的字符序列；底层使用 byte[] 存储。
• StringBuffer ：可变的字符序列；线程安全的，效率低；底层使用 byte[] 存储。
• StringBuilder ：可变的字符序列；jdk5.0新增的，线程不安全的，效率高；底层使用 byte[] 存储。

StringBuffer 源码分析

String str = new String();// byte[] value = new byte[0];
String st1= new String("aniu");// byte[] value = new byte[]{'a ','n','i','u'};
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上面的代码是String的底层以字节数组保存字符串。
接下来我们看看StringBuffer：

如图，可以看到StringBuffer继承了一个AbstractStringBuilder，同样的StringBuilder也继承了这个类，他们的底层都在这个类里！

如上图，现在知道为啥StringBuffer是线程安全的了吧，将所有方法重写并用synchronized关键字修饰，而StringBuilder则没有，因此，StringBuffer更适合在多线程的情况下使用，StringBuilder更适合在单线程情况下使用！

接下来我们看看他继承的AbstractStringBuilder：

可以看到，StringBuffer 依旧是以字节数组保存字符串的，但这个字节数组不像String,并未使用final关键字修饰，因此他是可变的，即修改字符串本质上就是修改这个字节数组。这里的count计数的是实际字符串的长度。
接着看这行代码：

StringBuffer sb1= new StringBuffer();// byte[] value = new byte[16]//底层创建了一个长度是16的字节数组
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这段代码创建了一个空的字符串对象，来看看底层：

调用StringBuffer的空参构造，接着super调用父类，也就是AbstractStringBuilder的构造器，且带了个值为16的capacity。
这个capacity是啥我们接着到AbstractStringBuilder中去看：

很明显，这个value就是我们之前申明的byte[]字节数组，这里创建了一个长度为16的字节数组，capacity是数组长度。

总结：StringBuffer sb1= new StringBuffer() 底层创建了一个长度为16的字节数组

同理，我们看看这句代码：

StringBuffer sb2 = new StringBuffer("aniu"); // byte[] value = new byte["aniu".length() + 16]{'a ','n','i','u'}; 
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如图，这里字节数组的长度capacity为你传入的参数str的长度+16，最后创建了一个长度为str的长度+16的字节数组，然后将参数str字符串append到了新创建的字节数组中！

总结：StringBuffer sb2 = new StringBuffer(“aniu”); 底层创建了一个 “aniu”.length()+16 的字节数组（前提是字符串里无中文字符，有中文字符就比较复杂，感兴趣的可以去看看源码，和coder这个编码有关）

随着源码的分析，也产生了两个问题，我们来看看：

问题一：str.length()的值

通过上面的分析，我们知道，StringBuffer 是底层创建了一个定长的字节数组，来保存字符串，对于多余的空位，值为0。
看下图我的调试：

恰好印证了上面字节数组长度str.length()+16。
因此，对于StringBuffer创建的字符串，str.length()的值可能会认为是底层字节数组的长度，但实际上是字符串的长度，这也符合正常的道理。
对于这个length()我们依旧查看源码：

可以看到他返回的是字符串的长度count，并不是字节数组value.length。

问题二：扩容问题-StringBuffer底层的数组扩容机制

通过前面的分析，我们已经知道，StringBuffer底层创建了一个定长的字节数组来保存字符串。那么当我们不断append添加字符，这个字符串长度超过这个数组长度保存不下了怎么办，这就需要给数组扩容，我们从源码来看看StringBuffer的扩容机制！

如图，我们看到了这个ensureCapacityInternal方法，从字面来看意思就是确保内部容量，他有个参数为count+len，即你append后字符串的总长度。
我们接着来看这个方法内部：

我们可以看到还涉及到二进制运算的左移和右移，和coder这个参数有关，这个参数大家可以自己去看源码里的注释，这里我大概说一说，前面我们源码的截图也看到了，这个coder是编码方式，如果字符串中无中文，为Latin1编码，有中文时为UTF-16编码，我们知道这个UTF-16编码中文则需两个字节，也就是说只要字符串中含有中文，字节数组都是每两位对应一个字符。

如图，我们可以看到coder为UTF-16编码时值为1，因此要考虑<<和>>这些位运算，因此我们减小难度，分析字符串无中文情况吧，此时coder为Latin1编码，值为0，位运算不影响。

可以看到如果新字符串的长度-数组的定长>0，则说明需要给字节数组扩容，
这时用Arrays.copyOf方法将当前数组的值拷贝给了newCapacity()长度的新数组，最后又赋值给了字节数组value。
大概原理其实已经讲清楚了，但是我们还是要深入一点，看看newCapacity()这个方法的返回值，这恰好是数组扩容的核心：

这些参数我不再解释，分析到这我也累了！
最终返回的长度是length,因此我们换要继续深入：

最终数组长度由 Math.max(minGrowth, prefGrowth) 决定！

到此我们分析完了，大概总结一下：

• 当增量minGrowth>prefGrowth(字节数组定长+2)，扩容后的字节数组长度为oldLength + minGrowth，即增量+字节数组定长。

• 当增量比较小，小于prefGrowth(字节数组定长+2) 时，扩容后的数组长度为字节数组定长*2 +2 。

结语

StringBuilder 和 StringBuffer的底层一样，大家可以自行去看，另外coder这个参数我也说了，感兴趣的可以看看字符串有中文时StringBuilder底层数组的定长和扩容算法。

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