究竟是什麼原因導致StringBuilder在多線程環境中失敗

Question

StringBuffer是同步的，但StringBuilder不是！這已在Difference between StringBuilder and StringBuffer深入討論。

有一個例子代碼存在（由@NicolasZozol回答），其解決兩個問題：

• 比較的這些StringBuffer和StringBuilder
• 性能顯示StringBuilder可以在多線程環境中失敗。

我的問題是關於第二部分，究竟是什麼讓它出錯？！ 當您運行代碼有時，堆棧跟蹤顯示如下：

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) 

當我追查下來，我發現，這實際上拋出異常的類代碼：String.class在getChars方法，它調用System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);根據到System.arraycopy的Javadoc：

複製從指定的源陣列的陣列，在所述 指定位置開始，到目的地 陣列的指定位置。將數組組件的子序列從src引用的源數組012h複製到dest引用的目標數組。 複製的組件數等於length參數。 ....

IndexOutOfBoundsException - 如果複製將導致數據訪問 超出數組範圍。

爲了簡單起見我有完全的代碼粘貼到這裏：

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); 
    } 
} 

能否請您更詳細描述（或用樣品）展示瞭如何多線程導致System.arraycopy失敗，？！或者線程如何讓invalid data傳遞給System.arraycopy？！

Answer 1

這就是我的理解。你應該退一步，看看那裏getChars是從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方法檢查屬性value是足夠長的時間來存儲附加價值，如果沒有，那麼它會相應調整大小。

假設2個線程在同一個實例上調用此方法。請記住，value和count被兩個線程訪問。在這種設計方案中，比如value是一個大小爲5的數組，並且數組中有2個字符，所以count=2（如果您查看length方法，您會看到它返回count）。

線程1調用append("ABC")，這將調用ensureCapacityInternal和value是足夠大，所以它沒有調整大小（需要大小5）。線程1暫停。

線程2調用append("DEF")這將調用ensureCapacityInternal和value是足夠大，所以它也沒有調整大小（也需要大小5）。線程2暫停。

線程1繼續並調用str.getChars沒有問題。然後它調用count += len。線程1暫停。請注意，value現在包含5個字符並且長度爲5.

線程2現在繼續並調用str.getChars。請記住它使用與線程1相同的value和相同的count。但是現在，count已增加並且可能大於value的大小，即要複製的目標索引大於數組的長度，導致調用IndexOutOfBoundsException時System.arraycopy內str.getChars。在我們的做作的場景，count=5和value大小爲5，所以當System.arraycopy被調用，它無法複製到一個數組中的第6位這就是長5

Answer 2

如果你比較兩個類，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，當您嘗試使用多個線程追加"some string"。

如果是StringBuilder, ensureCapacityInternal()是從不同的線程同時被調用。這導致在調用中基於先前值的大小變化，並且之後，這兩個線程都追加"some string"，導致ArrayIndexOutOfBoundsException。

例如： 字符串值是「some stringsome string」。現在2線程想追加「一些字符串」。所以兩者都會調用ensureCapacityInternal()方法，如果有足夠的空間不足，將導致長度增加，但如果剩餘11個位置，則不會增加大小。現在兩個線程同時調用了「一些字符串」的System.arraycopy。然後這兩個線程嘗試附加「一些字符串」。所以實際的長度增加應該是22，但是char []裏面有11個空位，導致ArrayIndexOutOfBoundsException異常。

如果是StringBuffer，append方法已經同步，所以這種情況不會出現。