究竟是什么原因导致StringBuilder在多线程环境中失败

Question

StringBuffer是同步的，但StringBuilder不是！这已在Difference between StringBuilder and StringBuffer深入讨论。

有一个例子代码存在（由@NicolasZozol回答），其解决两个问题：

• 比较的这些StringBuffer和StringBuilder
• 性能显示StringBuilder可以在多线程环境中失败。

我的问题是关于第二部分，究竟是什么让它出错？！ 当您运行代码有时，堆栈跟踪显示如下：

Exception in thread "pool-2-thread-2" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 
    at java.lang.String.getChars(String.java:826) 
    at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:416) 
    at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:132) 
    at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:179) 
    at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:72) 
    at test.SampleTest.AppendableRunnable.run(SampleTest.java:59) 
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1145) 
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:615) 
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:722) 

当我追查下来，我发现，这实际上抛出异常的类代码：String.class在getChars方法，它调用System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);根据到System.arraycopy的Javadoc：

复制从指定的源阵列的阵列，在所述 指定位置开始，到目的地 阵列的指定位置。将数组组件的子序列从src引用的源数组012h复制到dest引用的目标数组。 复制的组件数等于length参数。 ....

IndexOutOfBoundsException - 如果复制将导致数据访问 超出数组范围。

为了简单起见我有完全的代码粘贴到这里：

public class StringsPerf { 

    public static void main(String[] args) { 

     ThreadPoolExecutor executorService = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(10); 
     //With Buffer 
     StringBuffer buffer = new StringBuffer(); 
     for (int i = 0 ; i < 10; i++){ 
      executorService.execute(new AppendableRunnable(buffer)); 
     } 
     shutdownAndAwaitTermination(executorService); 
     System.out.println(" Thread Buffer : "+ AppendableRunnable.time); 

     //With Builder 
     AppendableRunnable.time = 0; 
     executorService = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(10); 
     StringBuilder builder = new StringBuilder(); 
     for (int i = 0 ; i < 10; i++){ 
      executorService.execute(new AppendableRunnable(builder)); 
     } 
     shutdownAndAwaitTermination(executorService); 
     System.out.println(" Thread Builder: "+ AppendableRunnable.time); 

    } 

    static void shutdownAndAwaitTermination(ExecutorService pool) { 
     pool.shutdown(); // code reduced from Official Javadoc for Executors 
     try { 
      if (!pool.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) { 
       pool.shutdownNow(); 
       if (!pool.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) 
        System.err.println("Pool did not terminate"); 
      } 
     } catch (Exception e) {} 
    } 
} 

class AppendableRunnable<T extends Appendable> implements Runnable { 

    static long time = 0; 
    T appendable; 
    public AppendableRunnable(T appendable){ 
     this.appendable = appendable; 
    } 

    @Override 
    public void run(){ 
     long t0 = System.currentTimeMillis(); 
     for (int j = 0 ; j < 10000 ; j++){ 
      try { 
       appendable.append("some string"); 
      } catch (IOException e) {} 
     } 
     time+=(System.currentTimeMillis() - t0); 
    } 
} 

能否请您更详细描述（或用样品）展示了如何多线程导致System.arraycopy失败，？！或者线程如何让invalid data传递给System.arraycopy？！

Answer 1

这就是我的理解。你应该退一步，看看那里getChars是从AbstractStringBuilderappend方法叫：

public AbstractStringBuilder append(String str) { 
    if (str == null) str = "null"; 
    int len = str.length(); 
    ensureCapacityInternal(count + len); 
    str.getChars(0, len, value, count); 
    count += len; 
    return this; 
} 

的ensureCapacity方法检查属性value是足够长的时间来存储附加价值，如果没有，那么它会相应调整大小。

假设2个线程在同一个实例上调用此方法。请记住，value和count被两个线程访问。在这种设计方案中，比如value是一个大小为5的数组，并且数组中有2个字符，所以count=2（如果您查看length方法，您会看到它返回count）。

线程1调用append("ABC")，这将调用ensureCapacityInternal和value是足够大，所以它没有调整大小（需要大小5）。线程1暂停。

线程2调用append("DEF")这将调用ensureCapacityInternal和value是足够大，所以它也没有调整大小（也需要大小5）。线程2暂停。

线程1继续并调用str.getChars没有问题。然后它调用count += len。线程1暂停。请注意，value现在包含5个字符并且长度为5.

线程2现在继续并调用str.getChars。请记住它使用与线程1相同的value和相同的count。但是现在，count已增加并且可能大于value的大小，即要复制的目标索引大于数组的长度，导致调用IndexOutOfBoundsException时System.arraycopy内str.getChars。在我们的做作的场景，count=5和value大小为5，所以当System.arraycopy被调用，它无法复制到一个数组中的第6位这就是长5

Answer 2

如果你比较两个类，即StringBuilder和StringBufferappend方法。你可以找到StringBuilder.append()是不同步其中StringBuffer.append()是同步。

// StringBuffer.append 
public synchronized StringBuffer append(String str) { 
    super.append(str); 
    return this; 
} 

// StringBuilder.append 
public StringBuilder append(String str) { 
    super.append(str); 
    return this; 
} 

因此，当您尝试使用多个线程追加"some string"。

如果是StringBuilder, ensureCapacityInternal()是从不同的线程同时被调用。这导致在调用中基于先前值的大小变化，并且之后，这两个线程都追加"some string"，导致ArrayIndexOutOfBoundsException。

例如： 字符串值是“some stringsome string”。现在2线程想追加“一些字符串”。所以两者都会调用ensureCapacityInternal()方法，如果有足够的空间不足，将导致长度增加，但如果剩余11个位置，则不会增加大小。现在两个线程同时调用了“一些字符串”的System.arraycopy。然后这两个线程尝试附加“一些字符串”。所以实际的长度增加应该是22，但是char []里面有11个空位，导致ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

如果是StringBuffer，append方法已经同步，所以这种情况不会出现。