StringBuilder原理

最新推荐文章于 2022-04-01 16:39:05 发布

Answer_Ball

最新推荐文章于 2022-04-01 16:39:05 发布

阅读量3.1k

点赞数 3

文章标签： StringBuilder 原理 API

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/BIackMamba/article/details/90745522

版权

本文深入解析StringBuilder类的内部实现原理，包括其构造方法、append方法的工作机制及内存扩展策略，对比String类，阐述StringBuilder在构建字符串时的效率优势。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

StringBuilder原理（自己的理解）

构建字符串

为什么要使用stringbuilder：
有些时候，需要由比较短的字符串构建字符串，例如，按键或来自文件中的单词。采用字符串链接的方式达到此目的效率比较低。每次链接字符串，都构建一个新的String对象，即耗又浪费空间。使用stringbuilder类就可以避免这个问题的发生。
使用步骤：
如果需要用许多小段的字符串构建一个字符串，那么应该按照下列步骤进行。

 首先，构建一个空的字符串构造器：
stringbuilder builder = new stringbuilder();
 
 当每次需要添加一部分内容时，就调用append方法
builder .append(ch);
builder .append(str);

在需要构建字符串时就调用toString方法，将可以得到一个String对象，其中包含了构建器中的字符序列
String completedString = builder .toString();

使用StringBuilder类比使用String快很多

StringBuilder基本实现原理

一. StringBuilder类

内部组成和构造方法与String类似，StringBuilder类也封装了一个字符数组，定义如下：

char[] value;

与String不同，它不是final的，可以修改。另外，与String不同，字符数组中不一定所有位置都已经被使用，它有一个实例变量，表示数组中已经使用的字符个数，定义如下：

int count;

StringBuilder继承自AbstractStringBuilder，它的默认构造方法是：

public StringBuilder() {
    super(16);
}

调用父类的构造方法，父类对应的构造方法是：

AbstractStringBuilder(int capacity) {
    value = new char[capacity];
}

也就是说，new StringBuilder()这句代码，内部会创建一个长度为16的字符数组，count的默认值为0。

二. append方法
append方法的代码实现：

public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null) str = "null";
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    str.getChars(0, len, value, count);
    count += len;
    return this;
}

append会直接拷贝字符到内部的字符数组中，如果字符数组长度不够，会进行扩展，实际使用的长度用count体现。具体来说ensureCapacityInternal(count+len)会确保数组的长度足以容纳新添加的字符，str.getChars会拷贝新添加的字符到字符数组中，count+=len会增加实际使用的长度。

ensureCapacityInternal的代码如下：

private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
    // overflow-conscious code
    if (minimumCapacity - value.length > 0)
        expandCapacity(minimumCapacity);
}

如果字符数组的长度小于需要的长度，则调用expandCapacity进行扩展，expandCapacity的代码是：

void expandCapacity(int minimumCapacity) {
    int newCapacity = value.length * 2 + 2;
    if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
        newCapacity = minimumCapacity;
    if (newCapacity < 0) {
        if (minimumCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
    }
    value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
}

扩展的逻辑是，分配一个足够长度的新数组，然后将原内容拷贝到这个新数组中，最后让内部的字符数组指向这个新数组，这个逻辑主要靠下面这句代码实现：

value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);

那newCapacity是怎么算出来的？
参数minimumCapacity表示需要的最小长度，需要多少分配多少不就行了吗？不行，因为那就跟String一样了，每append一次，都会进行一次内存分配，效率低下。这里的扩展策略，是跟当前长度相关的，当前长度乘以2，再加上2，如果这个长度不够最小需要的长度，才用minimumCapacity。
比如说，默认长度为16，长度不够时，会先扩展到162+2即34，然后扩展到342+2即70，然后是70*2+2即142，这是一种指数扩展策略。为什么要加2？大概是因为在原长度为0时也可以一样工作吧。
为什么要这么扩展呢？这是一种折中策略，一方面要减少内存分配的次数，另一方面也要避免空间浪费。在不知道最终需要多长的情况下，指数扩展是一种常见的策略，广泛应用于各种内存分配相关的计算机程序中。
那如果预先就知道大概需要多长呢？可以调用StringBuilder的另外一个构造方法：

public StringBuilder(int capacity)

StringBuilder类中的API

在JDK5.0中引入 StringBuilder类。这个类的前身是StringBuffer,其效率稍低，但允许采用多线程的方式执行添加或删除字符的操作。如果所有字符串在一本程中编辑(通常都是这样)，则应该用StringBuilder替代它。
这两个类的API是相同下面的API注释包含了StringBuilder类中的重要方法。

1.StringBut1der( )
  构造一个室的字符串构建器。

2.int length( )
  返回构建器或缓冲器中的代码单元数量。

3.StringBuilder append(String str)
  追加一个字符串并返回this。

4.StringBuilder append(char c)
  追加一个代码单元并返回this。

5.StringBuilder appendCodePoint(int cp)
  追加一个代码点，并将其转换为-个或两个代码单元并返回this.

6.void setCharAt(int i ,char c)
  将第i个代码单元设置为c。

7.StringBuilder insert(int offset,String str)
  在offset位置插人一个字符串并返回this。

8.StringBuilder insert(int offset,Char c)
  在offset位置插人个代码 单元并返回this。

9.StringBuilder delete(int startIndex, int endIndex)
  删除偏移 量从startIndex到-endIndex- I的代码单元并返回this.

10.String toString( )
  返问一个与构建器或缓冲器内容相同的字符串。

中间StringBuilder基本实现原理部分借鉴了这个微博，此微博中有对StringBuilder的详解 https://blog.youkuaiyun.com/qq_17505335/article/details/52806096