Java 常用基础类（三）：剖析 StringBuilder

1. 怎么理解 StringBuilder 和 StringBuffer

• 如果字符串修改操作比较频繁，应该采用 StringBuilder 和 StringBuffer
• 这两个类的方法基本是完全一样的，它们的实现代码也几乎一样。唯一的不同就在于 StringBuffer 类是线程安全的，而 StringBuilder 类不是
• 线程安全是有成本的，影响性能，而字符串对象及操作大部分情况下不存在线程安全问题

2. StringBuilder 的基本用法

1. 通过 new 新建 StringBuilder 对象
2. 通过 append() 方法添加字符串
3. 通过 toString() 方法获取构建完成的字符串

3. StringBuilder 的实现原理

• 源码基于 Java 7
  • 与 String 类似，StringBuilder 类内部也封装了一个字符数组 char[] value，与 String 不同的是，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 int count 表示数组中已经使用的字符个数
  • StringBuilder 继承自 AbstractStringBuilder，它的默认构造方法是：public StringBuilder() { super(16); }

4. StringBuilder 类的 append() 方法的实现原理

• 如果字符数组的长度小于需要的长度，则调用 void expandCapacity(int minimumCapacity) 方法进行容量扩展
• 扩容的逻辑是：分配一个足够长度的新数组，然后将原内容复制到这个新数组中，最后让内部的字符数组指向这个新数组。其中，newCapacity 的计算方法是：int newCapacity = value.length * 2 + 2;

5. 为什么不能需要多少就分配多少

• 不能
• 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

6. 这种扩展策略最后为什么要加 2

• 这是一种指数扩展策略
• 加 2 的原因是在原长度为 0 时也可以一样工作

7. 为什么要这样扩展

• 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

8. 怎样理解 native 关键字

• native 关键字是一个修饰符，表示它修饰的方法的实现是通过 Java 本地接口实现的
• Java 本地接口（JNI）是 Java 提供的一种技术，用于在 Java 中调用非 Java 实现的代码
• 实际上，insert() 方法中的用 native 修饰的 System.arraycopy() 方法使用 C++ 语言实现的。之所以用 C++ 语言实现是因为这个功能非常常用，而 C++ 的实现效率要远高于 Java

9. String 可以直接使用 +、/、+= 运算符的背后原理是什么

• 这是 Java 编译器提供的支持
• 背后，Java 编译器一般会生成 StringBuilder，+ 和 += 操作会转换为调用 append() 方法

10. 既然直接使用 + 和 += 就相当于使用 StringBuilder 和 append()，那还有什么必要直接使用 StringBuilder 呢

• 在简单的情况下，确定没必要
• 在稍微复杂的情况下，Java 编译器可能没有那么智能，它可能会生成过多的 StringBuilder，尤其是在有循环的情况下
• 所以，对于简单的情况，可以直接使用 String 的 + 和 +=；对于复杂的情况，尤其是有循环的时候，应该直接使用 StringBuilder