来谈谈StringBuffer的扩容原理

Java中String是一个常量，一旦创建其值后不能更改。
如果我们把多个字符串进行连接（拼接）操作，就会开辟很多空间，从而造成了大量内存空间的浪费。
为了解决这个问题，我们需要用到StringBuffer类和StringBuilder类。
这两个类可厉害了，它们都是可变长度的字符串类，在字符串的拼接处理上大大提高了效率。

一、StringBuffer与StringBuilder的区别

共同点：底层数据结构都是char类型的数组，都是可变的字符串。

不同点：StringBuffer线程同步的安全性高，但多线程操作时效率低。StringBuilder线程不同步，进行多线程操作时，安全性低，但效率高。

因为这两个类的用法都类似，所以我就以StringBuffer类为例来讲解。

二、StringBuffer类的定义

StringBuffer类的部分源码：

 public final class StringBuffer
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence{

从源码中可以看出，StringBuffer是一个用final修饰的最终类，继承了父类AbstractStringBuilder类，实现了Serializable接口和CharSequence接口，说明具备了两种能力。

三、四个构造方法

StringBuffer类的部分源码：

public StringBuffer() {
        super(16);
    }
public StringBuffer(int capacity) {
        super(capacity);
    }
public StringBuffer(String str) {
        super(str.length() + 16);
        append(str);
    }
public StringBuffer(CharSequence seq) {
        this(seq.length() + 16);
        append(seq);
    }

重点讲下这两个构造方法：

构造方法：StringBuffer()
方法描述：构造一个没有字符的字符串缓冲区，初始容量为16。

构造方法：StringBuffer(String str)
方法描述：构造一个初始化为指定字符串内容的字符串缓冲区，初始容量为str.length() + 16。

实例：

package cn.tkr.demo;

public class MyStringBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        
        StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
        System.out.println("sb1字符缓冲区的容量：" + sb1.capacity()); //获取当前StringBuffer的容量

        StringBuffer sb2 = new StringBuffer("LoveJava");
        System.out.println("sb2字符缓冲区的容量：" + sb2.capacity()); //获取当前StringBuffer的容量
    }
}

运行结果：

sb1字符缓冲区的容量：16
sb2字符缓冲区的容量：24

实例分析：调用无参数构造函数，sb1字符缓冲区的初始容量为16，调用有参数构造函数，初始容量为字符串的长度（8） + 16，所以初始容量为24。

四、StringBuffer的常用方法

image.png

注： append(...)中的...代表各种类型的参数，如append(int i)、append(char c)、append(String str)等

五、StringBuffer的扩容原理

扩容原理：

StringBuffer的底层数组结构用的是char类型的数组。

所以，当我们使用StringBuffer对象的append(...)方法追加数据时，如果char类型数组的长度无法容纳我们追加的数据，StringBuffer就会进行扩容。

扩容时会用到Arrays类中的copyOf(...)方法，每次扩容的容量大小是原来的容量的2倍加2。

注： copyOf(...)中的...代表各种类型的参数，如
copyOf(int[] original, int newLength)、copyOf(char[] original, int newLength)等

实例源码分析：

假设我现在调用了append（String str）方法，追加了一个字符串（char类型数组的长度无法容纳的字符串）。

append（String str）方法源码：

public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }

方法中通过super.append(str)调用了父类的append(String str)方法。

父类的append(String str)方法源码：

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;
    }

重点来了，这里的ensureCapacityInternal(count + len)就是一个扩容相关的方法，变量count是一个全局变量，并没有实际的值，变量len是我们追加进来的字符串的长度。

也就是说，我们追加进来的字符串的长度会传递给ensureCapacityInternal(int minimumCapacity)方法。

再来看看ensureCapacityInternal(int minimumCapacity)方法的源码：

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

其中，minimumCapacity指我们追加进来的字符串的长度，value是一个全局的char类型的数组名。

也就说，value.length指数组的长度，那如果（minimumCapacity - value.length > 0）这个条件成立，也就意味着，char类型数组的长度无法容纳我们追加的字符串的长度。

这时，就需要使用Arrays类中的copyOf(char[] original, int newLength)方法进行扩容。

方法：
copyOf(char[] original, int newLength)

描述：复制指定的数组，截断或使用相应的默认值进行填充

该方法的第一个参数是源数组名，所以要传递的是value。

第二个参数是新数组长度，新数组长度的值是通过newCapacity(int minCapacity)方法来计算并返回的值。

newCapacity(int minCapacity)方法的源码：

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;
    }

这个方法会返回一个新的容量大小（即新数组长度），每次扩容的容量大小是原来的容量的2倍加2。

六、总结

以上是我分享给大家的关于StringBuffer类的一些总结,希望对大家有帮助！