Java StringBuffer与StringBuilder有什么区别

一问道StringBuffer与StringBuilder的区别,张口就来StringBuffer是线程安全的,因为它相关方法都加了synchronized 关键字,StringBuilder线程不安全。没错,确实如此,但是我们查看过源码会发现StringBuffer是从jdk1.0就开始了,StringBuilder是从jdk1.5开始的。于是我就产生这样一个疑问,既然已经有了StringBuffer,为什么jdk5又出了一个StringBuilder呢,也就是单线程时候StringBuffer与StringBuilder有什么区别。

一、StringBuffer与StringBuilder的共同之处

1、都继成了AbstractStringBuilder这个抽象类,实现了CharSequence接口

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

2、其append方法都是 super.append(str),调用了父类AbstractStringBuilder的append(String str)方法

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

3、初始容量都是16和扩容机制都是"旧容量*2+2"

4、底层都是用char[]字符数组实现,且字符数组都是可变的,这点不同于String

二、StringBuffer与StringBuilder的不同之处

  • StringBuffer多线程安全的,StringBuilder多线程不安全
  • StringBuffer从JDK1.0就有了,StringBuilder是JDK5.0才出现
  • StringBuffer比StringBuilder多了一个toStringCache字段,用来在toString方法中进行缓存,每次append操作之前都先把toStringCache设置为null,若多次连续调用toString方法,可避免每次Arrays.copyOfRange(value, 0, count)操作,节省性能。
@Override
    public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }
    @Override
    public synchronized String toString() {
        if (toStringCache == null) {
            toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
        }
        return new String(toStringCache, true);
    }

4、由于StringBuilder没有考虑同步,在单线程情况下,StringBuilder的性能要优于StringBuffer

三、单线程StringBuffer与StringBuilder区别

这个才是我们重点讨论的,单线程下StringBuffer加了synchronized,虽然是单线程, 但是synchronized获取锁和释放锁也还是需要时间的, 而StringBuilder没有,这个就是重点区别。因此重点要讨论synchronized锁的状态,从获取锁到释放锁的过程,因此需要讨论一下锁的升级和优化。

锁的4中状态:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态(级别从低到高)

(1)偏向锁:

偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

为什么要引入偏向锁?

因为经过HotSpot的作者大量的研究发现,大多数时候是不存在锁竞争的,常常是一个线程多次获得同一个锁,因此如果每次都要竞争锁会增大很多没有必要付出的代价,为了降低获取锁的代价,才引入的偏向锁。

偏向锁的升级

当线程1访问代码块并获取锁对象时,会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID,因为偏向锁不会主动释放锁,因此以后线程1再次获取锁的时候,需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致,如果一致(还是线程1获取锁对象),则无需使用CAS来加锁、解锁;如果不一致(其他线程,如线程2要竞争锁对象,而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID),那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活,如果没有存活,那么锁对象被重置为无锁状态,其它线程(线程2)可以竞争将其设置为偏向锁;如果存活,那么立刻查找该线程(线程1)的栈帧信息,如果还是需要继续持有这个锁对象,那么暂停当前线程1,撤销偏向锁,升级为轻量级锁,如果线程1 不再使用该锁对象,那么将锁对象状态设为无锁状态,重新偏向新的线程。

偏向锁的取消:

偏向锁是默认开启的,而且开始时间一般是比应用程序启动慢几秒,如果不想有这个延迟,那么可以使用-XX:BiasedLockingStartUpDelay=0;

如果不想要偏向锁,那么可以通过-XX:-UseBiasedLocking = false来设置;

(2)轻量级锁

轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能

为什么要引入轻量级锁?

轻量级锁考虑的是竞争锁对象的线程不多,而且线程持有锁的时间也不长的情景。因为阻塞线程需要CPU从用户态转到内核态,代价较大,如果刚刚阻塞不久这个锁就被释放了,那这个代价就有点得不偿失了,因此这个时候就干脆不阻塞这个线程,让它自旋这等待锁释放。

(3)重量级锁

重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候,另一个线程虽然是自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋一定次数的时候,还没有获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞,性能降低。

轻量级锁什么时候升级为重量级锁?

线程1获取轻量级锁时会先把锁对象的对象头MarkWord复制一份到线程1的栈帧中创建的用于存储锁记录的空间(称为DisplacedMarkWord),然后使用CAS把对象头中的内容替换为线程1存储的锁记录(DisplacedMarkWord)的地址;

如果在线程1复制对象头的同时(在线程1CAS之前),线程2也准备获取锁,复制了对象头到线程2的锁记录空间中,但是在线程2CAS的时候,发现线程1已经把对象头换了,线程2的CAS失败,那么线程2就尝试使用自旋锁来等待线程1释放锁。

但是如果自旋的时间太长也不行,因为自旋是要消耗CPU的,因此自旋的次数是有限制的,比如10次或者100次,如果自旋次数到了线程1还没有释放锁,或者线程1还在执行,线程2还在自旋等待,这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象,那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞,防止CPU空转。

*注意:为了避免无用的自旋,轻量级锁一旦膨胀为重量级锁就不会再降级为轻量级锁了;偏向锁升级为轻量级锁也不能再降级为偏向锁。一句话就是锁可以升级不可以降级,但是偏向锁状态可以被重置为无锁状态。

综上可知,StringBuffer虽然是单线程,但它是有偏向锁升级过程判断的,会耗费时间,效率固然低于StringBuilder

四、StringBuffer与StringBuilder的应用场景

1、StringBuffer多线程安全,但是加了synchronized,其效率低。故适用于多线程下,并发量不是很高的场景

2、StringBuilder没有加任何锁,其效率高,适用单线程场景,但同时也适用于高并发场景中,提高高并发场景下程序的响应性能,至于线程安全问题可以通过其它手段解决,如ThreadLocal,CAS操作等。

3、所以对于高并发场景下,若有用到二者,还是建议优先使用StringBuilder的

作者:hudawei996 原文地址:https://blog.csdn.net/Goals1989/article/details/128224598

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