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Java学习------源码解析之StringBuilder

news 2025/7/11 0:41:58

1. 介绍

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String中还有两个常用的类，StringBuffer和StringBuilder。这两个类都是专门为频繁进行拼接字符串而准备的。最先出现的是StringBuffer，之后到jdk1.5的时候才有了StringBuilder。

2. StringBuilder解析

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从这张继承结构图可以看出：

StringBuilder继承了AbstractStringBuilder
StringBuilder实现了Comparable接口，这说明他是可比较的
StringBuilder实现了CharSequence接口，这说明他是一个可变的字符序列
StringBuilder实现了Appendable接口，这说明他具有可追加字符序列的能力
StringBuilder实现了Serializable接口，这说明他可以被序列化

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StringBuilder继承了AbstractStringBuilder，而AbstractStringBuilder的底层是一个byte数组，并且前面没有加final进行修饰，因此他是可变的，可以进行扩容，而String类就是因为这个byte数组加了final关键字进行修饰，因此String是不可变的。那么既然StringBuilder可以进行扩容，在具体进行扩容操作又是如何实现的呢？接下来就要继续从源码进行查看。
StringBuilder有一个无参构造方法，默认初始化的容量是16.
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2.1 第一个例子

接下来我们写一个具体的程序来看一下，在扩容的时候是如何进行操作的。

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        sb.append("Hello World");
        sb.append("123456");
        sb.append("3.1415926");

        System.out.println(sb);
    }
}

然后开始debug进行查看。首先是进入到Stringbuilder的这个append()方法
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然后下一步会进入父类的append()方法。

这个方法就是确保他的容量，这里有一个count参数，代表最小容量，这个参数是指当前这个对象里面真实存储的元素的个数，现在是0，意味着这个对象创建出来之后，里面暂时还没有传入任何值。
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进入到这个方法之后，这里有一个oldCapacity变量，因为初始化容量是16，因此这里这个值也是16，然后下一步判断这个最小容量minimumCapacity减去这个老容量oldCapacity是否大于0，此时可以看到值大于0为false，因此不会进去if中的扩容操作。
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然后再看下一次的append()操作

同样的走到这一步，这个时候可以看见，最小容量minimumCapacity减去这个老容量oldCapacity大于0了，说明这里会进行扩容的操作，就会进入到newCapacity()这个方法。

到这一步可以看到此时的oldLength就是初始化的长度为16，newLength是预期的长度，也就是这个字符串拼接进去之后的长度，为17，增长就为17 - 16 = 1，接下来就要进入到ArraysSupport.newLength()这个方法中查看新长度为多少。
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进入到方法之后，然后这里使用oldLength，也就是16，去加上Math.max(minGrowth, prefGrowth)，在最小增长和预期增长之间的最大值，这里minGrowth为1，prefGrowth为18，因此最大值就是18，然后就是16 + 18 = 34。

然后回到newCapacity()方法，也可以看到length为34.
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继续往下走，发现此时value值为34

当我们不指定初始容量时，会给一个默认的初始容量为16，从上面可以看到进行第一次扩容之后，新的容量为34.

2.2 第二个例子

我们在写一个程序进行测试，这次拼接的字符串稍微大一点

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        sb.append("3.1415926535897932384626433832795028841971");

        System.out.println(sb);
    }
}

还是一样先进入append()方法
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再进入父类的append()方法，可以看到现在长度为42

然后进入到ensureCapacityInternal()方法，这次可以看到最小容量为42，旧容量为16，42 - 16 > 0，因此要进行扩容。

接着进入到newCapacity()方法，这个时候的增长growth就是42 - 16 = 26了，然后下一步进入ArraysSupport.newLength()方法
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进去之后oldLength不变，还是16，但是这次的Math.max(minGrowth, prefGrowth)，minGrowth为26，prefGrowth为18，那么最大值就是26，所以prefLength的值为42。后续步骤就和之前一样了。
当我们不指定长度，并且添加的字符串长度过长时，扩容的时候，就直接使用当前这个字符串的长度。
如果这个时候，再添加一个字符串，比如sb.append(“helloworld123”);这个时候又会是什么样的呢？可以看到这个时候oldLength就是我们第一次拼接的长度为42，新长度为55，增长长度为 55 - 42 = 13，继续往下走
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这个时候可以看到oldLength为42，Math.max(minGrowth, prefGrowth)方法取的最大值，最大值现在为44，因此扩容后的长度就是42 + 44 = 86.

那么扩容的测试到这里就结束了。我们可以看到，第一次初始化容量为16时，扩容容量为34，为16 * 2 + 2，这次再进行二次拼接时一开始为42，扩容容量为86，为42 * 2 + 2 ，可以明显看出每次扩容是原来容量的2倍再加2.原因就是因为这段代码，从上面调试来看，扩容时都是oldLength + (oldLength + 2)，即oldLength * 2 + 2.
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3. 扩容总结

StringBuilder的扩容策略是从当前容量开始，每次扩容为原来的2倍再加2
如果一开始拼接的字符串的长度就超过了默认初始容量16时，那么StringBuilder扩容的容量就直接为一开始的字符串长度
如果我们想要进行优化，那么就要在创建StringBuilder时，预估一下我们要拼接的字符串的长度，然后给定一个合适的初始化容量，从而减少底层的扩容操作。

4. 构造方法和常用方法

4.1 构造方法

方法	描述
StringBuilder()	构造一个字符串生成器，其中不包含任何字符，初始容量为16个字符
StringBuilder(int capacity)	构造一个字符串生成器，其中不包含任何字符，并且具有由容量参数指定的初始容量
StringBuilder(String str)	构造初始化为指定字符串内容的字符串生成器

用法如下：
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4.2 常用方法

append()，追加方法，这个里面可以传多种不同类型的值
delete()：删除方法

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb1 = new StringBuilder("abcdefg");
        /**
         * delete(int start, int end)
         * 删除从指定位置开始，到指定位置结束的字符
         * 左闭右开：[start, end]
         */
        sb1.delete(0,3);
        System.out.println(sb1); //defg

        /**
         * deleteCharAt(int index)
         * 删除指定位置的字符
         */
        StringBuilder sb2 = new StringBuilder("abcdefg");
        sb2.deleteCharAt(5); // abcdeg
        System.out.println(sb2);
    }
}

insert()：插入方法，在指定位置添加的方法，可以添加多种类型的值

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb1 = new StringBuilder("abcdefg");
        /**
         * insert(int offset, String str)
         * 在指定位置上添加一个字符串
         */
        sb1.insert(3, "HELLO"); // abcHELLOdefg
        System.out.println(sb1);
    }
}

replace(int start, int end, String str)：替换方法

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb1 = new StringBuilder("abcdefg");
        /**
         * replace(int start, int end, String str)
         * 从指定位置开始到结束，替换成新的字符串
         * 同样也是左闭右开
         */
        sb1.replace(1, 3, "ABC"); // aABCdefg
        System.out.println(sb1);
    }
}

reverse()：反转方法

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb1 = new StringBuilder("abcdefg");
        sb1.reverse();
        System.out.println(sb1); // gfedcba
    }
}

setCharAt(int index, char ch)：设置某个位置为指定的字符

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb1 = new StringBuilder("abcdefg");
        sb1.setCharAt(0, 'A');
        System.out.println(sb1); // Abcdefg
    }
}

setLength(int newLength)：设置新的长度

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb1 = new StringBuilder("abcdefg");
        sb1.setLength(3);
        System.out.println(sb1); // abc
    }
}