JDK1.8源码笔记(3) StringBuilder&StringBuffer
AbstractStringBuilder
前言
在讨论StringBuilder和StringBuffer之前，我们有必要先说一下AbstractStringBuilder。
StringBuilder和StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder，AbstractStringBuilder也定义了大量的方法和变量。
A mutable sequence of characters.
Implements a modifiable string.另外可以观察到这个类是一个抽象类，不可以实例化，实现了Appendable和CharSequence接口。
Appendable中重载了好几个append方法，
Appendable append(CharSequence csq) throws IOException;
Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException;
Appendable append(char c) throws IOException;
虽然没有直接定义和参数和String相关的方法，但正是因为String也继承了CharSequence，所以可以传入String，甚至可以传入StringBuffer和StringBuilder。CharSequence我们很熟悉了，String、StringBuilder和StringBuffer都实现了这个接口。
构造方法
/**
* This no-arg constructor is necessary for serialization of subclasses.
*/
AbstractStringBuilder() {
}
子类如果能够序列化的话，其父类需要有无参的构造函数。
/**
* Creates an AbstractStringBuilder of the specified capacity.
*/
AbstractStringBuilder(int capacity) {
value = new char[capacity];
}
在构造函数中决定缓冲区的空间大小。即决定初始空间的大小。
成员变量&成员方法
char[] value;
The value is used for character storage.
和String一样，也使用char数组存储实际的字符信息。public int capacity() {
return value.length;
}
获得capacity，即容量。int count;
The count is the number of characters used.
StringBuilder/StringBuffer的工作方式并不是需要多大空间就开多大空间，而是预先开出一定的空间供使用，所以如果没有使用满，自然需要一个变量去记录已经使用的空间是多大。public int length() {
return count;
}
获得使用量，也就是实际长度，这个方法是定义在CharsSequence中的。public void ensureCapacity(int minimumCapacity) {
......
}
这里省略方法体和里面的复杂调用。
* Ensures that the capacity is at least equal to the specified minimum.
* If the current capacity is less than the argument, then a new internal
* array is allocated with greater capacity. The new capacity is the
* larger of:
*
*- The {@code minimumCapacity} argument.
*- Twice the old capacity, plus {@code 2}.
这个方法的功能是当当前容量小于minimumCapacity，且minimumCapacity合法的话，修改容量大小。否则没有变化。
注意，并不是直接把容量修改为minimumCapacity的值。如果当前容量的两倍小于minimumCapacity，则开到minimumCapacity大小的空间，否则把容量扩充为当前的两倍。
换言之，就是最少扩大为原来的两倍。public void trimToSize() {
if (count < value.length) {
value = Arrays.copyOf(value, count);
}
}
缩小容量到实际大小，是开了一个新数组的，丢弃的数组会被GC回收。public void setLength(int newLength) {
if (newLength < 0)
throw new StringIndexOutOfBoundsException(newLength);
ensureCapacityInternal(newLength);if (count < newLength) {
Arrays.fill(value, count, newLength, '\0');
}count = newLength;
}
修改数组的实际长度，如果空间不够会首先开足够空间，新增空间的规则和上面讲得一样。新增的长度用\0填充。
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;
}// Documentation in subclasses because of synchro difference
public AbstractStringBuilder append(StringBuffer sb) {
if (sb == null)
return appendNull();
int len = sb.length();
ensureCapacityInternal(count + len);
sb.getChars(0, len, value, count);
count += len;
return this;
}
这里可以看到最常用的append方法是怎么实现的，先确保空间足够，再把新串复制过去。
public AbstractStringBuilder deleteCharAt(int index) {
if ((index < 0) || (index >= count))
throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
System.arraycopy(value, index+1, value, index, count-index-1);
count--;
return this;
}
删除指定位置的字符， 可以看到是把index后面的整体向前移动一个位置。
public AbstractStringBuilder insert(int offset, String str) {
if ((offset < 0) || (offset > length()))
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
if (str == null)
str = "null";
int len = str.length();
ensureCapacityInternal(count + len);
System.arraycopy(value, offset, value, offset + len, count - offset);
str.getChars(value, offset);
count += len;
return this;
}
可以看到插入的原理，先判断空间是否足够， 然后将插入位置后面的字符后移，再把欲插入字符复制进去。
public AbstractStringBuilder reverse() {
boolean hasSurrogates = false;
int n = count - 1;
for (int j = (n-1) >> 1; j >= 0; j--) {
int k = n - j;
char cj = value[j];
char ck = value[k];
value[j] = ck;
value[k] = cj;
if (Character.isSurrogate(cj) ||
Character.isSurrogate(ck)) {
hasSurrogates = true;
}
}
if (hasSurrogates) {
reverseAllValidSurrogatePairs();
}
return this;
}
String中并没有定义字符串反转相关的方法，所以想要实现反转需要关注这个方法。
这个方法可以说是非常精巧了，j为中心靠低下标的字符，k为中心靠高下标的字符。像两边扩展进行交换。
StringBuilder
前言
A mutable sequence of characters.
开宗明义，和String最大的区别。This class provides an API compatible with {@code StringBuffer}, but with no guarantee of synchronization.
功能上和StringBuffer兼容，只是线程不安全。
说明这两个类非常常用，为了性能的考虑可以自由选择。* This class is designed for use as a drop-in replacement for
* {@code StringBuffer} in places where the string buffer was being
* used by a single thread (as is generally the case). Where possible,
* it is recommended that this class be used in preference to
* {@code StringBuffer} as it will be faster under most implementations.
后面也可也可以看到，这两个类其实是实现了同一个AbstractStringBuilder接口的，所以设计者希望这两个类可以自由地互相替换。* In general, if sb refers to an instance of a {@code StringBuilder},
* then {@code sb.append(x)} has the same effect as
* {@code sb.insert(sb.length(), x)}.* Every string builder has a capacity. As long as the length of the
* character sequence contained in the string builder does not exceed
* the capacity, it is not necessary to allocate a new internal
* buffer. If the internal buffer overflows, it is automatically made larger.
每一个builder是有容量的。如果超过容量，会自动扩容。*
Unless otherwise noted, passing a {@code null} argument to a constructor
* or method in this class will cause a {@link NullPointerException} to be
* thrown.
构造方法传null会抛出异常。
继承类&实现接口
StringBuilder继承了AbstractStringBuilder，并且实现了java.io.Serializable和CharSequence接口。
StringBuilder和StringBuffer都继承了AbstractStringBuilder这个父类。
CharSequence我们前面讲过，定义了包括length、charAt、subSequence和toString等方法。
Serializable会在后面详细解释。
构造方法
public StringBuilder() {
super(16);
}public StringBuilder(int capacity) {
super(capacity);
}public StringBuilder(String str) {
super(str.length() + 16);
append(str);
}
可以指定初始化开的容量大小，默认大小是16个字符。
如果是用字符串初始化，也会默认多开16的空间。
成员变量&成员方法
@Override
public String toString() {
// Create a copy, don't share the array
return new String(value, 0, count);
}
toString方法特别标明，为了保持String的不变性，并没有共享字符数组的空间。StringBuilder中大量的方法其实就是对AbstractStringBuilder的薄封装，没有太多看点。
StringBuffer
前言
* String buffers are safe for use by multiple threads. The methods
* are synchronized where necessary so that all the operations on any
* particular instance behave as if they occur in some serial order
* that is consistent with the order of the method calls made by each of
* the individual threads involved.
StringBuffer线程安全。* Whenever an operation occurs involving a source sequence (such as
* appending or inserting from a source sequence), this class synchronizes
* only on the string buffer performing the operation, not on the source.
* Note that while {@code StringBuffer} is designed to be safe to use
* concurrently from multiple threads, if the constructor or the
* {@code append} or {@code insert} operation is passed a source sequence
* that is shared across threads, the calling code must ensure
* that the operation has a consistent and unchanging view of the source
* sequence for the duration of the operation.
* This could be satisfied by the caller holding a lock during the
* operation's call, by using an immutable source sequence, or by not
* sharing the source sequence across threads.
大意就是说，虽然能够在操作source sequence这件事情上保持同步，但是在source sequence本身并没有保证同步。这就意味着如果你能通过别的方式引用source sequence，还是会有线程不安全的风险。
解决的方案如下：
1 by using an immutable source sequence
2 or by not sharing the source sequence across threads.
继承类&实现接口
同StringBuilder一样，继承AbstractStringBuilder类，并且实现java.io.Serializable和CharSequence接口。
构造方法
public StringBuffer() {
super(16);
}
public StringBuffer(int capacity) {
super(capacity);
}
public StringBuffer(String str) {
super(str.length() + 16);
append(str);
}
同StringBuilder的构造方法类似，开得空间也相同。要注意构造方法并没有同步机制，所以在单例模式的时候可能需要使用者来进行实现。成员变量&成员方法
/**
* A cache of the last value returned by toString. Cleared
* whenever the StringBuffer is modified.
*/
private transient char[] toStringCache;
这个变量在StringBuilder中是没有的。
这个方法的作用是用来缓存上一次StringBuffer的toString方法的返回值。
如果哪个方法中修改了StringBuffer，则会把toStringCache给设为null。首先我们需要比较以下StringBuffer和StringBuilder的toString方法：
@Override
public synchronized String toString() {
if (toStringCache == null) {
toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
}
return new String(toStringCache, true);
}
上面这个方法中调用了下面这个String的构造方法：
String(char[] value, boolean share) {
// assert share : "unshared not supported";
this.value = value;
}
可以看到这个构造方法只是单纯引用了StringBuffer的值，而并没有新开一个数组，这是很特别的情况。当然如果toStringCache为null的话，也是直接返回了一个全新的String的。@Override
public String toString() {
// Create a copy, don't share the array
return new String(value, 0, count);
}
public String(char value[], int offset, int count) {
......
this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}
而在StringBuilder方法中，则是直接拷贝产生了一个新的数组。
并且toString中解释道Create a copy, don't share the array。再联系到StringBuffer和StringBuilder的区别我们可以想到：
StringBuilder多用在单线程或者局部作用域中，StringBuffer用得多线程中。
StringBuffer的声明周期可能比较长，并且使用到的地方会比较多，使用这样一个缓存的方式，可以在一定程度减少空间和性能的消耗。
https://stackoverflow.com/questions/46294579/why-stringbuffer-has-a-tostringcache-while-stringbuilder-not另外还要解释一下transient：
Variables may be marked transient to indicate that they are not part of the persistent state of an object.
其实这个变量还是和序列化相关的，因为这个变量只是一个cache，所以不需要保存。
https://stackoverflow.com/questions/910374/why-does-java-have-transient-fields
其实比较StringBuffer和StringBuilder，区别并不是很大，最大的区别就是在StringBuffer中，大多数修改char数组的方法都被synchronized修饰。
并且在append和insert等修改StringBuffer方法中，需要对toStringCache设为null。
不过有特殊情况在于有些insert方法是并没有被synchronized修饰的。例如下面这个方法：
@Override
public StringBuffer insert(int offset, boolean b) {
// Note, synchronization achieved via invocation of StringBuffer insert(int, String)
// after conversion of b to String by super class method
// Ditto for toStringCache clearing
super.insert(offset, b);
return this;
}
注释大概的意思是，这个方法的同步最终是通过StringBuffer insert(int, String)进行实现的。我们大概追踪一下调用过程：
首先这个方法调用了父类的insert方法，
public AbstractStringBuilder insert(int offset, boolean b) {
return insert(offset, String.valueOf(b));
}
而父类中调用的这个方法，其实在StringBuffer中被重写，所以调用的是StringBuffer中重写后并且被synchronized修饰的方法：
@Override
public synchronized StringBuffer insert(int offset, String str) {
toStringCache = null;
super.insert(offset, str);
return this;
}除了boolean，其他的例如float、int、double、long等在插入过程中调用toString方法的类型也是这种情况。但是char不是这种情况，char直接在insert方法上修饰synchronized，因为char在父类中不是使用valueOf进行实现的。