StringBuilder 和 StringBuffer 的区别：源码分析与面试准备

在 Java 中，StringBuilder 和 StringBuffer 都是用来处理可变字符串的类，它们的主要功能是通过动态拼接字符串来避免 String 的不可变性带来的性能开销。尽管它们功能相似，但在实现细节和使用场景上有显著差异。以下从源码角度分析两者的区别，并探讨"是否所有方法都加了锁"这个问题。

一、核心区别

线程安全性
- StringBuffer ：线程安全。它的绝大部分方法都通过 synchronized 关键字加了锁，以确保在多线程环境下操作的安全性。
- StringBuilder：非线程安全。它没有加锁机制，因此在单线程环境下性能更高，但在多线程场景中需要外部同步。
性能
- StringBuffer 的同步机制带来了额外的性能开销，尤其在高并发场景下。
- StringBuilder 没有同步开销，适合单线程或无需线程安全的场景。
继承关系
- 两者都继承自 AbstractStringBuilder 类，共享相同的底层实现（如字符数组存储、容量扩展逻辑）。区别主要在于 StringBuffer 覆写了方法并加锁，而 StringBuilder 直接复用父类逻辑。

二、源码分析

让我们从 JDK 源码（以 JDK 11 为例）中看看具体实现。

1. 构造方法

StringBuffer :

java 复制代码

public StringBuffer() {
    super(16); // 默认容量为 16
}

StringBuilder :

java 复制代码

public StringBuilder() {
    super(16); // 默认容量为 16
}

两者构造方法都调用了 AbstractStringBuilder 的构造方法，初始化一个默认容量为 16 的字符数组。区别不在构造，而在后续操作。

2. append 方法（最常用）

StringBuffer :

java 复制代码

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

synchronized 确保线程安全。
调用父类的 append，实际操作字符数组。

StringBuilder :

java 复制代码

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

没有 synchronized，直接调用父类实现。

3. delete 方法

StringBuffer :

java 复制代码

@Override
public synchronized StringBuffer delete(int start, int end) {
    toStringCache = null;
    super.delete(start, end);
    return this;
}

StringBuilder :

java 复制代码

public StringBuilder delete(int start, int end) {
    super.delete(start, end);
    return this;
}

4. 是否所有方法都加锁？

StringBuffer ：并非所有方法都加锁。例如：

toString()：

java 复制代码

@Override
public synchronized String toString() {
    if (toStringCache == null) {
        toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
    }
    return new String(toStringCache, 0, toStringCache.length);
}

toString() 加了锁，但 length() 和 capacity() 等方法未加锁：

java 复制代码

public int length() {
    return count;
}

原因是这些方法只读取状态，不修改底层数据，不涉及线程竞争。

StringBuilder：无任何方法加锁，全部依赖父类实现。

三、面试官可能提出的问题及回答

"为什么 StringBuffer 是线程安全的？"
- 回答：StringBuffer 通过在关键方法（如 append、delete）上加 synchronized 锁，确保多线程环境下对底层字符数组的修改是原子的，避免数据不一致。
- 源码支持：见上述 append 方法的 synchronized 关键字。
"所有方法都加锁吗？有什么例外？"
- 回答：不是所有方法都加锁。StringBuffer 的修改方法（如 append、insert）加了锁，但只读方法（如 length、capacity）未加锁，因为它们不改变状态，无线程安全问题。
- 思路：区分读写操作，结合源码举例。
"StringBuilder 和 StringBuffer 的性能差距有多大？"
- 回答：在单线程环境下，StringBuilder 因为无同步开销，性能更高。差距取决于操作频率和规模，在高并发场景下 StringBuffer 的锁竞争可能导致显著延迟。
- 思路：从 JVM 锁机制（如锁膨胀）延伸，强调场景选择。
"如果在多线程中用 StringBuilder 会怎样？"
- 回答：可能导致数据混乱或异常（如数组越界），因为多个线程同时修改共享的字符数组无同步保护。可以用 synchronized 块或 StringBuffer 替代。
- 思路：举例说明竞争条件，结合实际场景。

四、总结回答思路

结构化表达：先讲核心区别（线程安全、性能），再深入源码（方法实现、锁使用），最后结合问题延伸。
源码支撑 ：引用具体方法（如 append、toString），突出加锁与否的差异。
场景导向 ：强调选择依据（单线程用 StringBuilder，多线程用 StringBuffer 或加同步）。
灵活应对：预判面试官提问，准备简洁有力的回答，展示对底层实现的理解。