StringBuffer原理探究

StringBuffer原理

可以从StringBuffer源码看出，StringBuffer主要继承于一个抽象类

我们看StringBuffer的实现方法，然而并没有什么用，里面的实现大多数是调用了父类的方法了，所以去拜访父类AbstractStringBuilder

从上图可以看出，AbstractStringBuilder只有两个成员变量，第一个char数组主要是存储真正懂得字符串，第二个是记录已经使用的长度，应为value开辟的空间一般是大于实际保存的，如果char数组的空间不够用的时候，需要用到扩容机制。

下面我们开始探索所有函数

构造函数

从构造函数可以看出StringBuffer调用父类AbstractStringBuilder类的构造方法，默认的字符数组长度是16，当然在StringBuffer在构造时候可以穿一个整数指定长度。

添加字符串

我们先看append方法的源码，都可以看到在添加的时候，调用了方法ensureCapacityInternal

扩容机制

传入了当前数组长度加上需要添加的长度，也就是添加元素后，字符数组将要改变为多少。所以我们不得不转入这个方法。

可以看到，他首先检查了前面传入的长度如果大于实际字符数字的长度，说明此时实际的数组长度不够用了，需要将数组长度扩大。

首先补充一下，说下方法copyOf

这个是Arrays类提供的静态方法，将原来的数组扩充到newLength长度，然后将原来的数据拷贝过去，可以从源码看出，它首先创建出一个新的字符数组，然后使用System的静态方法arraycopy将原来的数据拷贝到新的数组，然后返回新的数组。

也顺便看看arraycopy方法，他是native方法，所以说没有java实现，他是调用了c++写的方法，所以说为什么不使用for循环一个一个的将字符复制，而是使用了arraycopy的原因是这个方法原则来说快。

说完之后，我们再回到ensureCapacityInternal方法，把上面的图继续放到我们眼前。

可以看到将扩容后的数组由copyOf返回后，又赋值给了value，然后突然发现到底扩容到多大，是数据传多长，就把他扩容到多大吗，显然不是，如果这样的话，每次添加元素都需要扩容，每次重新分配char数组，分配空间效率大大降低，所以需要一部分备用空间。需要多大的备用空间呢，看方法newCapacity

首先第一句算出了需要扩充到的空间长度(value.length << 1) + 2 这句话的<< 就是二进制移位计算，左移相当于*2，右移相当于/2，使用移位的话，效率高，最后计算的长度就是原来长度翻倍然后+2（为什么还要加个2我还不明白），

计算出预判的长度后，和需要的长度去比较，如果我扩大2倍多还比需要的短，那就是来捣乱的，一下子增加太多了，那么他要多少就给多少。然后最后返回了一个三元表达式，分析这个三元表达式。

newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0

这里newCapacity <= 0 就是当传入的minCapacity < -2的负数时候成立

这里MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0 当计算出来的长度比MAX_ARRAY_SIZE长度还长就成立，MAX_ARRAY_SIZE在源码可以看到

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

如果满足上面的条件就，会去找hugeCapacity，不是的话直接返回之前计算的长度。

可以看出，超过整数范围就跑错，没有的话返回一个三元表达式，分析一下

前面已经判断了minCapacity没有超过整数范围，而MAX_ARRAY_SIZE是最大整数减去8，所以可以得出

Integer.MAX_VALUE - 8 < minCapacity < Integer.MAX_VALUE 返回minCapacity，这里以及是用到了极限了，这次之后再无法扩容了，一扩容就报错。

1 <= minCapacity <= Integer.MAX_VALUE - 8 返回Integer.MAX_VALUE - 8

思考

这里我们就思考了，弄这么多，到底干啥了，其实就是如果newCapacity方法计算的空间如果不是负数或者小于Integer.MAX_VALUE - 8的数，那么就正常走，使用计算的扩容长度，如果newCapacity方法计算的空间如果是负数或者大于Integer.MAX_VALUE - 8的数，那么如果超了整数范围，那么报错，没有的话如果超了Integer.MAX_VALUE - 8，那么使用极限长度，没有超则使用Integer.MAX_VALUE - 8，但是前提是传过来的数肯定超出了，所以这个函数就是使用了极限范围。

在最后计算到合适的长度后，扩充容量到所计算的范围。

添加字符串

继续回到添加元素的方法，首先调用ensureCapacityInternal对容量进行处理，需要扩容的时候扩容。

然后调用字符串的getChars方法，我们看这个方法

可以看出，前面做了一些异常判断，然后调用字符数组拷贝方法，将str的数据拷贝过去，最后将计数器count+1。

删除部分字符串

删除字符串使用的是覆盖数据的方法

原理图

替换字符串

替换首先是将原来value在end开始之后的字符往后移动**字符串长度-（end-start）**长度，替换成字符数组拷贝的方法，也就是说将end开始到count-end（这里表示替换位置之后剩余的部分）拷贝到从start+len开始的地方（这里表示给字符串腾出的位置的结尾开始拷贝剩余的字符串）拷贝，然后将需要替换的字符串填充在腾出的空间上。

原理图

插入字符串

原理图

总结

可以看出，删除，替换，插入操作肯定用到了数组的复制，添加可能会数组扩容

回到StringBuffer

谈谈toStringCache字段

首先transient说明这个字段无法被序列化

这个主要还是为了保存ToSring执行生成的字符数组，为了提高效率，如果字符串没有改变的情况下，直接返回。

可以看到每次修改都会将toStringCache字段赋值为空，在调用ToString后就会获取到修改后的字符串，而不会走缓存。

最后附加继承图