一、简述

StringBuilder 和 StringBuffer 的内部实现跟 String 类一样，都是通过一个 char 数组存储字符串的，不同的是 String 类里面的 char 数组是 final 修饰的，是不可变的，而StringBuilder和StringBuffer的char数组是可变的。StringBuilder 不是线程安全的，StringBuffer 是线程安全的。看一下多线程操作 StringBuilder 对象会出现什么问题：

public static void main(String[] args) throws InterruptedExcept
  StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                stringBuilder.append("a");
            }
        }
    }).start();
  }
  Thread.sleep(100);
  System.out.println(stringBuilder.length());
}

这段代码创建了10个线程，每个线程循环1000次往StringBuilder对象里面append字符。正常情况下代码应该输出10000，但是实际运行会输出什么呢？

结果小于预期的10000，并且还抛出了一个ArrayIndexOutOfBoundsException异常(异常不是必现)。

二、为什么输出值跟预期值不一样

看一下StringBuilder的两个成员变量(这两个成员变量实际上是定义在AbstractStringBuilder里面的，StringBuilder和StringBuffer都继承了AbstractStringBuilder)：

    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;

    /**
     * The count is the number of characters used.
     */
    int count;

再看StringBuilder的append()：

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

StringBuilder的append()调用的父类AbstractStringBuilder的append()：

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;
}

先不管代码的第五行和第六行干了什么，直接看第七行，count += len不是一个原子操作。假设这个时候count值为10，len值为1，两个线程同时执行到了第七行，拿到的count值都是10，执行完加法运算后将结果赋值给count，所以两个线程执行完后count值为11，而不是12。这就是为什么测试代码输出的值要比10000小的原因。

三、为什么会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

看AbstractStringBuilder的append()源码的第五行ensureCapacityInternal(count + len);是检查StringBuilder对象的原char数组的容量能不能盛下新的字符串，如果盛不下就调用ensureCapacityInternal(int minimumCapacity)对char数组进行扩容。

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

扩容的逻辑就是new一个新的char数组，新的char数组的容量是原来char数组的两倍再加2，再通过System.arryCopy()将原数组的内容复制到新数组，最后将指针指向新的char数组。扩容逻辑：

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;
}

AbstractStringBuilder的append()源码的第六行str.getChars(0, len, value, count);，是将String对象里面char数组里面的内容拷贝到StringBuilder对象的char数组里面，getChars()：

public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {
    if (srcBegin < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);
    }
    if (srcEnd > value.length) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);
    }
    if (srcBegin > srcEnd) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd - srcBegin);
    }
    System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
}

拷贝流程见下图：