StringBuilder和StringBuffer

这两个类的方法基本是完全一样的，他们的实现代码也几乎一样，唯一不同的在于StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder不是。

下文讨论StringBuilder。

基本实现原理

与String类似，StringBuilder类也封装了一个字符数组，定义如下：

1	char[] value;

与String不同，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，表示数组中已经使用的字符个数，定义如下：

1	int count;

new StringBuilder()这句代码，内部会创建一个长度为16的字符数组(默认构造方法)，count的默认值为0。

append的实现

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;
}

append会直接拷贝字符到内部的字符数组中，如果字符数组长度不够，会进行扩展，实际使用的长度用count体现。具体来说，ensureCapacityInternal(count+len)会确保数组的长度足以容纳新添加的字符，str.getChars会拷贝新添加的字符到字符数组中，count+=len会增加实际使用的长度。

ensureCapacityInternal的代码如下：

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

如果字符数组的长度小于需要的长度，则调用newCapacity进行扩展，newCapacity的代码是：

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;
}

private int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (Integer.MAX_VALUE - minCapacity < 0) { // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    }
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE)
       ? minCapacity : MAX_ARRAY_SIZE;
}

扩展的逻辑是，分配一个足够长度的新数组，然后将原内容拷贝到这个新数组中，最后让内部的字符数组指向这个新数组。

参数minimumCapacity表示需要的最小长度，需要多少分配多少不就行了吗？不行，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。这里的扩展策略，是跟当前长度相关的，当前长度乘以2，再加上2，如果这个长度不够最小需要的长度，才用minimumCapacity。

比如说，默认长度为16，长度不够时，会先扩展到16*2+2即34，然后扩展到34*2+2即70，然后是70*2+2即142，这是一种指数扩展策略。为什么要加2？大概是因为在原长度为0时也可以一样工作吧。

为什么要这么扩展呢？这是一种折中策略，一方面要减少内存分配的次数，另一方面也要避免空间浪费。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。