如何讓你的程序運(yùn)行的更快(1)之續(xù)---揭秘StringBuffer的capacity
馬嘉楠
2006-09-19
前幾天寫了一篇文章“
如何讓你的程序運(yùn)行的更快(1)---String VS StringBuffer
”，文章在情景三中提到了如何通過(guò)“設(shè)置StringBuffer的容量來(lái)提升性能”，其中有個(gè)問(wèn)題我沒(méi)有想明白，就是為什么StringBuffer的容量自動(dòng)增加的時(shí)候是“2*舊值+2”呢？
雖然問(wèn)題依然沒(méi)有解決，不過(guò)也發(fā)現(xiàn)了不少有趣的問(wèn)題，在此和大家分享 。希望能讓你有所收獲，歡迎大家一起討論。
注：需要用到的函數(shù)說(shuō)明：
capacity()：Returns the current capacity of the String buffer.?
?????????????????????The capacity is the amount of storage available for newly inserted characters;??
??????????????????????beyond which an allocation will occur.
length()：???Returns the length (character count) of this string buffer.
?
一.StringBuffer的默認(rèn)capacity
例1：
StringBuffer?sb?
=
?
new
?StringBuffer();
System.out.println(
"
with?no?characters,?the?initial?capacity?of?StringBuffer?is?
"
?
+
?sb.capacity());
System.out.println(
"
and?the?length?of?the?StringBuffer?is?
"
?
+
?sb.length());
輸出：
with?no?characters,?the?initial?capacity?of?StringBuffer?is?
16
and?the?length?of?the?StringBuffer?is?
0
結(jié)論： StringBuffer的默認(rèn)容量(capacity)為16
原因：
StringBuffer的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)為
public
??StringBuffer()?{
??????
this
(
16
?);
}?
此時(shí)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)又調(diào)用了StringBuffer的代參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，設(shè)置字符串?dāng)?shù)組value長(zhǎng)度為16，如下：
private
?
char
?value[];??????????????? //The?value?is?used?for?character?storage.
private
?
boolean
?shared;????????
//
A?flag?indicating?whether?the?buffer?is?shared
public
?StringBuffer(
int
?length)?{
??????value?
=
?
new
?
char
[length];
??????shared?
=
?
false
;
}
?
//
調(diào)用capacity()返回字符串?dāng)?shù)組value的長(zhǎng)度,即StringBuffer的容量(capacity)
public
?
synchronized
?
int
?capacity()?{
??????return
?value.length;
}
二.用字符串初始化StringBuffer的內(nèi)容
在聲明一個(gè)StringBuffer變量的時(shí)候，用字符串進(jìn)行初始化，容量會(huì)有變化么？
例2：
//
聲明并初始化
StringBuffer?sb1?
=
?
new
?StringBuffer(
"
hello?world
"
?);
System.out.println(
"
with?characters,?the?capacity?of?StringBuffer?is?
"
?
+
??sb1.capacity());
System.out.println(
"
but?the?length?of?the?StringBuffer?is?
"
?
+
?sb1.length());?
//
利用append()來(lái)設(shè)置StringBuffer的內(nèi)容
StringBuffer?sb11?
=
?
new
?StringBuffer();
sb11.append(
"
hello?world
"
);
System.out.println(
"
with?append(),?the?capacity?of?StringBuffer?is?
"
?
+
?sb11.capacity());
System.out.println(
"
but?the?length?of?the?StringBuffer?is?
"
?
+
?sb11.length());
兩者輸出結(jié)果會(huì)一樣么？
你一定認(rèn)為，這不是顯然的么。用長(zhǎng)度為11的字符串“hello world”進(jìn)行初始化，其長(zhǎng)度11小于StringBuffer的默認(rèn)容量16。所以兩者結(jié)果都為capacity=16，length=11。
那么實(shí)際結(jié)果如何呢？
輸出：
with characters, the capacity of StringBuffer is 27
but the length of the StringBuffer is 11
with append(), the capacity of StringBuffer is 16
but the length of the StringBuffer is 11
疑問(wèn)：
怎么第一種方法的StringBuffer的capacity是27(16+11)呢？
原因：
StringBuffer的帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)
1?public
?StringBuffer(String?str)?{
2???????this(str.length()?+?16
);
3???????
append(str);
4?}
結(jié)論：
StringBuffer的capacity等于用來(lái)初始化的字符串長(zhǎng)度(11)加上StringBuffer的默認(rèn)容量(16)，而不是我們想當(dāng)然的在默認(rèn)容量16中拿出11個(gè)來(lái)存放字符串“hello world”。
如果我們不設(shè)置StringBuffer的capacity，分別對(duì)兩者繼續(xù)追加字符串，任其自動(dòng)增長(zhǎng)，其容量增長(zhǎng)如下：
第一種情況：27，56，114，230，462，926...，
第二種情況：16，34，70? ，142，286，574...，
(為什么容量增加會(huì)是這種規(guī)律，后面會(huì)做解釋)。
我想情況2節(jié)省空間的概率大一些，因?yàn)镾tringBuffer的capacity的增長(zhǎng)比情況1慢，每次增加的空間小一些。
所以以后寫代碼的時(shí)候可以考慮使用第二種方法(使用StringBuffer的append())，特別是初始化字符串很長(zhǎng)的情況。當(dāng)然這會(huì)多寫一行代碼^+^：
三.StringBuffer的capacity變化
例3：
StringBuffer?sb3?
=
?
new
?StringBuffer();
for
(
int
?i
=
0
;?i
<
12
;?i
++
){
??????sb3.append(i);
}
System.out.println(
"
before?changed,?the?capacity?is?
"
?
+
?sb3.capacity());
System.out.println(
"
and?the?length?is?
"
?
+
?sb3.length());?
for
(
int
?i
=
0
;?i
<
10
;?i
++
){
??????sb3.append(i);
}
System.out.println(
"
first?time?increased,?the?capacity?is?
"
?
+
?sb3.capacity());
System.out.println(
"
and?the?length?is?
"
?
+
?sb3.length());?
for
(
int
?i
=
0
;?i
<
11
;?i
++
){
??????sb3.append(i);
}
System.out.println(
"
second?time?increased,?the?capacity?is?
"
?
+
?sb3.capacity());
System.out.println(
"
and?the?length?is?
"
?
+
?sb3.length());?
輸出：
before?changed,?the?capacity?is?
16
and?the?length?is?
14
first?time?increased,?the?capacity?is?
34
and?the?length?is?
24
second?time?increased,?the?capacity?is?
70
and?the?length?is?
36
?
奇怪，benfore changed怎么長(zhǎng)度不是12而是14呢？哈哈，開(kāi)始我也困惑了一下，仔細(xì)想想就會(huì)明白的，你可以輸出sb3看看System.out.println("the content of sb3 is " + sb3.toString());
結(jié)論：
capacity增長(zhǎng)的規(guī)律為 (舊值+1)*2
原因：
StringBuffer的容量增加函數(shù)expandCapacity()：
private
?
void
?expandCapacity(
int
?minimumCapacity)?{
int
?newCapacity?
=
?(value.length?
+
?
1
)?
*
?
2
;
if
?(newCapacity?
<
?
0
)?{
??????newCapacity?
=
?Integer.MAX_VALUE;
}?
else
?
if
?(minimumCapacity?
>
?newCapacity)?{
??????newCapacity?
=
?minimumCapacity;
}
?
char
?newValue[]?
=
?
new
?
char
[newCapacity];
System.arraycopy(value,?
0
,?newValue,?
0
,?count);
value?
=
?newValue;
shared?
=
?
false
;
}?
疑問(wèn)：
為什么要(舊值+1)*2呢？
我自己的想法：
也許是考慮到value.length的值可能為0(初始化時(shí)設(shè)置StringBuffer的capactity為0).
或者考慮到溢出的情況？
但是可能是JVM的某些限制，我的機(jī)器數(shù)組最大可以設(shè)置為30931306，再大就報(bào)錯(cuò)：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
30931306這個(gè)數(shù)字好奇怪
還有哪方面的考慮么？誰(shuí)知道，能告訴我么？
四.StringBuffer的capacity只能大不能小
例5：
?1?StringBuffer?sb4?=?new
?StringBuffer();
?2?System.out.println("before?ensureCapacity(),?the?capacity?is?"?+
?sb4.capacity());
?3?sb4.ensureCapacity(10
);
?4?System.out.println("after?ensureCapacity(10),?the?capacity?is?"?+
?sb4.capacity());
?5?
????????
?6?System.out.print("now,?the?capacity?is?"?+?sb4.capacity()?+?",?"
);
?7?sb4.ensureCapacity(20
);
?8?System.out.println("after?ensureCapacity(20),?the?capacity?is?"?+
?sb4.capacity());
?9?
????????
10?System.out.print("now,?the?capacity?is?"?+?sb4.capacity()?+?",?"
);
11?sb4.ensureCapacity(80
);
12?System.out.println("after?ensureCapacity(80),?the?capacity?is?"?+?sb4.capacity());
輸出：
before?ensureCapacity(),?the?capacity?is?
16
after?ensureCapacity(
10
),?the?capacity?is?
16
now,?the?capacity?is?
16
,?after?ensureCapacity(
20
),?the?capacity?is?
34
now,?the?capacity?is?
34
,?after?ensureCapacity(
80
),?the?capacity?is?
80
結(jié)論：
當(dāng)設(shè)置StringBuffer的容量
1、小于當(dāng)前容量時(shí)，容量不變。
??????本例中，容量依然為16。
2、大于當(dāng)前容量，并且小于(當(dāng)前容量+1)*2，則容量變?yōu)?當(dāng)前容量+1)*2。
??????本例中，16<20<(16+1)*2=34，所以容量為34。
3、大于當(dāng)前容量，并且大于(當(dāng)前容量+1)*2，則容量變?yōu)橛脩羲O(shè)置的容量。
??????本例中，80>16，80>(16+1)*2=34，所以容量為80。
原因：
函數(shù)：ensureCapacity( )和 expandCapacity( )進(jìn)行了控制
public
?
synchronized
?
void
?ensureCapacity(
int
?minimumCapacity)?{
??????
if
?(minimumCapacity?
>
?value.length)?{
//
當(dāng)設(shè)置StringBuffer的容量小于當(dāng)前容量時(shí)，容量不變。
????????????expandCapacity(minimumCapacity);
??????}
}
private
?
void
?expandCapacity(
int
?minimumCapacity)?{
??????int
?newCapacity?
=
?(value.length?
+
?
1
)?
*
?
2
;
??????if
?(newCapacity?
<
?
0
)?{
????????????newCapacity?
=
?Integer.MAX_VALUE;
??????}?
else
?
if
?(minimumCapacity?
>
?newCapacity)?{
??????//
當(dāng)設(shè)置StringBuffer的容量大于(當(dāng)前容量+1)*2，則容量變?yōu)橛脩羲O(shè)置的容量。
??????//
否則，容量為(當(dāng)前容量+1)*2，即newCapacity
????????????newCapacity?
=
?minimumCapacity;
??????}
?
char
?newValue[]?
=
?
new
?
char
[newCapacity];
System.arraycopy(value,?
0
,?newValue,?
0
,?count);
value?
=
?newValue;
shared?
=
?
false
;
}?
?
注：
問(wèn)一下
String str = String.valueOf(null);
System.out.println(str.length());
你們執(zhí)行的話會(huì)出錯(cuò)么？
我的報(bào)錯(cuò)，我的是jdk1.4
因?yàn)镾tringBuffer中的append(String str)函數(shù)中有這樣的語(yǔ)句，
public
?
synchronized
?StringBuffer?append(String?str)?{
if
?(str?
==
?
null
)?{
??????str?
=
?String.valueOf(str);
}
int
?len?
=
?str.length();
//
len有可能得負(fù)值么？
int
?newcount?
=
?count?
+
?len;
if
?(newcount?
>
?value.length)
expandCapacity(newcount);
str.getChars(
0
,?len,?value,?count);
count?
=
?newcount;
return
?
this
;
}
?
馬嘉楠
jianan.ma@gmail.com
posted on 2006-09-20 17:05
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