用大白話的方式講明白Java的StringBuilder、StringBuffer的擴容機制

DMingO發表於2020-07-30
JavaUI

StringBuffer和StringBuilder,都是繼承了AbstractStringBuilder，它們的底層char陣列value預設的初始化容量是16，擴容只需要修改底層的char陣列，兩者的擴容最終都會呼叫到AbstractStringBuilder類相同的方法：

直入正題，擴容的步驟：

  1. 新的字串的長度超過了底層原char陣列value的大小，才需要進行擴容
  2. 先嚐試預設擴容，將新容量變成 (value.length << 1) + 2 ，也就是兩倍的原陣列長度再加二
  3. 若預設擴充後的值還是小於至少容量的值，直接擴充到當前需要的至少容量大小；
  4. 經過前兩步驟確定的新陣列大小，若大於Interger.MAX_VALUE,則報異常，若小於等於0，則新陣列大小改為Interger.MAX_VALUE -8
  5. 確定了新陣列的值後，通過Arrays.copy(value,newCapactity)進行復制。最終給value陣列完成擴容。

這樣擴容的目的，巨集觀上是儘可能地減少擴容次數，提高效率。

肯定有同學會問，預設擴容為什麼是兩倍的原陣列長度 + 2 ？

因為原始碼並無說明這樣設計的原因，所以根據我找到的資料結合我的推測，可能的原因有這些：

  • 考慮到在建立Sf，Sb設定的初始長度不大時（例如1），+2 可以很大地提升擴容的效率，減少擴容的次數
  • 在舊版本的JDK擴容語句是 (value.length + 1) * 2 先加一再乘2，推測原意思是擴容的話至少增添一個空間再乘2，兼顧到擴容的次數和要減少擴容過大浪費的空間
  • newCapacity(int)的傳入引數有可能是0，那麼在引數是0的情況下，0<<1運算結果也是0，如果沒+2，那麼在建立陣列的時候會建立出MAX_ARRAY_SIZE大小，所以作為設計的安全性考慮，選擇了+2。（本人認為除了反射呼叫newCapacity，其他情況應該不會出現newCapacity(int)可以傳入0為引數）
  • append(str)後需補充分隔符所預留的位置，為了減少擴容次數 (個人感覺這點不太靠譜)

下面是在JDK1.8中AbstractStringBuilder有關計算擴容的方法：

//AbstractStringBuilder.java 

   private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
    //若所需長度大於已有長度，才繼續進行擴容
    if (minimumCapacity - value.length > 0) {
        //通過Arrays.copyOf(),將舊value陣列內容先複製到newCapacity大小的陣列，再賦值給新value
        value = Arrays.copyOf(value,
                newCapacity(minimumCapacity));
    	}
	}
    private int newCapacity(int minCapacity) {
        // 預設擴容：newCapacity = 兩倍的原長度 + 2
        int newCapacity = (value.length << 1) + 2;
        if (newCapacity - minCapacity < 0) {//預設擴容後還是小於所需長度
            newCapacity = minCapacity;//直接補充至所需長度
        }
        return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
            ? hugeCapacity(minCapacity)//newCapacity＞MAX_ARRAY_SIZE 或者≤0會呼叫
            : newCapacity;
    }

    MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    private int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (Integer.MAX_VALUE - minCapacity < 0) { //大小超出Integer範圍爆異常
            throw new OutOfMemoryError();
        }
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) //返回minCapacity與MAX_ARRAY_SIZE最大值
            ? minCapacity : MAX_ARRAY_SIZE;
    }

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