面试题：Java中StringBuffer线程安全场景应用及性能分析

Question

在一个多线程高并发访问共享字符串的场景中，使用StringBuffer来处理字符串拼接操作，分析在该场景下可能出现的性能瓶颈以及如何优化。同时，请举例说明哪些Java标准库中的类或方法内部使用了StringBuffer来保证线程安全。

Answer 1

性能瓶颈分析

1. 锁竞争：StringBuffer 是线程安全的，其方法大多使用 synchronized 关键字修饰。在多线程高并发访问共享字符串进行拼接操作时，大量线程会竞争 StringBuffer 对象的锁，导致线程阻塞，降低并发性能。例如，多个线程同时调用 append 方法时，只有获取到锁的线程才能执行操作，其他线程需等待，造成锁竞争开销。
2. 频繁扩容：StringBuffer 内部维护一个字符数组，初始容量为16。当拼接的字符超过当前容量时，会进行扩容操作。扩容需要重新分配内存、复制原数组内容，这在高并发场景下频繁发生会消耗大量时间和资源。

优化方法

1. 使用 StringBuilder 替代（若线程安全非必须）：如果业务场景允许非线程安全的字符串拼接，StringBuilder 是更好的选择。StringBuilder 与 StringBuffer 功能类似，但不具备线程安全性，因此没有锁开销，性能更高。例如在单线程或使用线程局部变量的场景中，可直接使用 StringBuilder。
2. 减少锁竞争：采用锁分离技术，例如将共享 StringBuffer 按照一定规则拆分，每个线程操作自己对应的 StringBuffer，最后再合并结果。这样可以减少线程间对同一锁的竞争。
3. 合理预估容量：在创建 StringBuffer 时，尽量根据实际需求预估字符串的长度，设置合适的初始容量，避免频繁扩容。如已知要拼接的字符串大概长度为1000，可 new StringBuffer(1000)。

Java标准库中使用 StringBuffer 保证线程安全的类或方法举例

1. PrintStream 类：在 PrintStream 的 print 和 println 方法中，会使用 StringBuffer 来拼接输出内容，以保证多线程环境下输出的正确性和线程安全性。例如：

public void println(String x) {
    synchronized (this) {
        print(x);
        newLine();
    }
}
private void print(String s) {
    if (s == null) {
        s = "null";
    }
    write(s);
}
private void write(String s) {
    try {
        synchronized (this) {
            ensureOpen();
            StringBuffer sb = new StringBuffer(s);
            for (int i = 0; i < sb.length(); i++) {
                write(sb.charAt(i));
            }
        }
    } catch (InterruptedIOException x) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    } catch (IOException x) {
        trouble = true;
    }
}

2. Formatter 类：Formatter 类在格式化字符串输出时，内部会使用 StringBuffer 进行字符串拼接操作，确保多线程环境下格式化输出的线程安全性。