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【Java部分源码分析之lang篇】3.StringBuilder与StringBuffer(一)

gongwilliam
 gongwilliam
发布于 2017/07/11 15:27
字数 1568
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面试的时候想必大家基本上都会被问到一个问题:StringBuilder是否线程安全?StringBuffer是否线程安全?这已经是一个被问烂的问题,但是现在面试的时候仍然乐此不疲,但是你们是否关注过它们的具体实现呢。

输入图片说明

StringBuilder和StringBuffer都继承自抽象类AbstractStringBuilder,AbstractStringBuilder实现了Appendable接口的append功能。接下来我们来看看AbstractStringBuilder的代码(当然也是被我阉割过了)。

package java.lang;

import sun.misc.FloatingDecimal;
import java.util.Arrays;

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    
    char[] value;

    int count;
    
    AbstractStringBuilder() {
    }

    AbstractStringBuilder(int capacity) {
        value = new char[capacity];
    }
    
    @Override
    public int length() {
        return count;
    }

    public int capacity() {
        return value.length;
    }
	
    public void ensureCapacity(int minimumCapacity) {
        if (minimumCapacity > 0)
            ensureCapacityInternal(minimumCapacity);
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0) {
            value = Arrays.copyOf(value,
                    newCapacity(minimumCapacity));
        }
    }

    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    private int newCapacity(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int newCapacity = (value.length << 1) + 2;
        if (newCapacity - minCapacity < 0) {
            newCapacity = minCapacity;
        }
        return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
            ? hugeCapacity(minCapacity)
            : newCapacity;
    }

    private int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (Integer.MAX_VALUE - minCapacity < 0) { // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        }
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE)
            ? minCapacity : MAX_ARRAY_SIZE;
    }

    public void trimToSize() {
        if (count < value.length) {
            value = Arrays.copyOf(value, count);
        }
    }

    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;
    }

    @Override
    public char charAt(int index) {
        if ((index < 0) || (index >= count))
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
        return value[index];
    }

    public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char[] dst, int dstBegin)
    {
        if (srcBegin < 0)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);
        if ((srcEnd < 0) || (srcEnd > count))
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);
        if (srcBegin > srcEnd)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException("srcBegin > srcEnd");
        System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
    }

    public void setCharAt(int index, char ch) {
        if ((index < 0) || (index >= count))
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
        value[index] = ch;
    }

    public AbstractStringBuilder append(Object obj) {
        return append(String.valueOf(obj));
    }

    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;
    }

    /**
     * @since 1.8
     */
    AbstractStringBuilder append(AbstractStringBuilder asb) {
        if (asb == null)
            return appendNull();
        int len = asb.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        asb.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }

    @Override
    public AbstractStringBuilder append(CharSequence s, int start, int end) {
        if (s == null)
            s = "null";
        if ((start < 0) || (start > end) || (end > s.length()))
            throw new IndexOutOfBoundsException(
                "start " + start + ", end " + end + ", s.length() "
                + s.length());
        int len = end - start;
        ensureCapacityInternal(count + len);
        for (int i = start, j = count; i < end; i++, j++)
            value[j] = s.charAt(i);
        count += len;
        return this;
    }

    public AbstractStringBuilder delete(int start, int end) {
        if (start < 0)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(start);
        if (end > count)
            end = count;
        if (start > end)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException();
        int len = end - start;
        if (len > 0) {
            System.arraycopy(value, start+len, value, start, count-end);
            count -= len;
        }
        return this;
    }

    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;
    }

    public AbstractStringBuilder replace(int start, int end, String str) {
        if (start < 0)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(start);
        if (start > count)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException("start > length()");
        if (start > end)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException("start > end");

        if (end > count)
            end = count;
        int len = str.length();
        int newCount = count + len - (end - start);
        ensureCapacityInternal(newCount);

        System.arraycopy(value, end, value, start + len, count - end);
        str.getChars(value, start);
        count = newCount;
        return this;
    }

    public String substring(int start, int end) {
        if (start < 0)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(start);
        if (end > count)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(end);
        if (start > end)
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(end - start);
        return new String(value, start, end - start);
    }

    public AbstractStringBuilder insert(int index, char[] str, int offset,
                                        int len)
    {
        if ((index < 0) || (index > length()))
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
        if ((offset < 0) || (len < 0) || (offset > str.length - len))
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(
                "offset " + offset + ", len " + len + ", str.length "
                + str.length);
        ensureCapacityInternal(count + len);
        System.arraycopy(value, index, value, index + len, count - index);
        System.arraycopy(str, offset, value, index, len);
        count += len;
        return this;
    }

    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;
    }

    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;
    }

    private void reverseAllValidSurrogatePairs() {
        for (int i = 0; i < count - 1; i++) {
            char c2 = value[i];
            if (Character.isLowSurrogate(c2)) {
                char c1 = value[i + 1];
                if (Character.isHighSurrogate(c1)) {
                    value[i++] = c1;
                    value[i] = c2;
                }
            }
        }
    }

    @Override
    public abstract String toString();

    final char[] getValue() {
        return value;
    }
}

AbstractStringBuilder 也是用的char数组来存储字符串内容,跟String的设计是一样的。但是它与String不一样的一点在于,它没用final修饰符,所以这也就决定了它可以灵活的改变字符串内容。

大家来看一下这个,很多地方都会出现这句,比如ArrayList。

    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

它的作用就是防止JVM内存溢出。

    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;
    }

StringBuilder和StringBuffer都是沿用这个设置字符串长度,假如设置的长度很长,则用‘\0’占着。

    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;
    }

经常用到的函数append,主要是把要拼接的字符串复制到value数组上,更新一下count。同学们看看这里用System.arraycopy可不可以呢?(肯定是不行了,为啥不行呢,百度一下这个函数的用法就懂了)

    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;
    }

字符串的插入主要是先把字符后移出合适的长度,然后把要插入的字符串复制到指定的位置上,因为那块位置上的元素已经后移,所以不担心被覆盖。

下面看一段在这个类里面比较精彩的代码,这个方法涉及一些延伸知识。

    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;
    }

    private void reverseAllValidSurrogatePairs() {
        for (int i = 0; i < count - 1; i++) {
            char c2 = value[i];
            if (Character.isLowSurrogate(c2)) {
                char c1 = value[i + 1];
                if (Character.isHighSurrogate(c1)) {
                    value[i++] = c1;
                    value[i] = c2;
                }
            }
        }
    }

上面是一个字符串翻转算法,但是如果只是一个简单的翻转算法就算了,我也不拿出来了单独看了。它在翻转的过程中进行了超大字符集的检测以及纠正,什么是超大字符集?比如汉字,汉字需要两个字符来表示。它的纠正函数就是reverseAllValidSurrogatePairs,它的功能可以这样表示:假设翻转函数把一个超大字符给翻转了,假设A由xy字符表示,B由jk表示,那么AB翻转之后就是kjyx,那么如果不进行超大字符集的纠正就无法正确显示翻转后的结果,所以这个时候reverseAllValidSurrogatePairs的作用就是让kjyx变为jkxy,这就能正确的显示翻转后的结果了。

好了,接下来的一篇将会对StringBuilder和StringBuffer源码对比分析。

© 著作权归作者所有

gongwilliam
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