Java基础：128陷阱之Integer缓存源码研究

喜欢ヅ旅行 2021-11-08 21:20 233阅读 0赞

## Java中Integer的缓存实现 ##

在Java 5中，对于Integer的操作引入了一个新功能来节省内存和提高性能。整型对象通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。

适用于整数值区间-128 至 +127。 只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。

这就要求我们具备Java的自动装箱和自动拆箱的知识。  
简单一点说，**装箱就是 编译器调用valueOf方法将基本数据类型转换为包装器类型（即对象）；拆箱就是 编译器通过调用intValue(),doubleValue()等方法将包装器类型（对象）转换为基本数据类型**。

下图是基本数据类型对应的包装器类型：  
![在这里插入图片描述][20190806170607542.png]

**注意**：Integer、Short、Byte、Character、Long这几个类的valueOf方法的实现是类似的。  
　　Double、Float的valueOf方法的实现是类似的。  
　为什么Double类的valueOf方法会采用与Integer类的valueOf方法不同的实现？  
　　因为在某个范围内的整型数值的个数是有限的，而浮点数却不是。

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以Integer为例看一下其**valueOf**源码：

/** * Returns an {@code Integer} instance representing the specified * {@code int} value. If a new {@code Integer} instance is not * required, this method should generally be used in preference to * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely * to yield significantly better space and time performance by * caching frequently requested values. * * This method will always cache values in the range -128 to 127, * inclusive, and may cache other values outside of this range. * * @param i an {@code int} value. * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}. * @since 1.5 */
        public static Integer valueOf(int i) { 
            if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
                return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
            return new Integer(i);
        }

可以看出，当我们输入的 i 值在low和high范围内，就会去IntegerCache.cache中寻找，如果找不到则new一个

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**IntegerCache**是Integer类中定义的一个private static的内部类。源码：

/** * Cache to support the object identity semantics of autoboxing for values between * -128 and 127 (inclusive) as required by JLS. * * The cache is initialized on first usage. The size of the cache * may be controlled by the {@code -XX:AutoBoxCacheMax=<size>} option. * During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property * may be set and saved in the private system properties in the * sun.misc.VM class. */
        private static class IntegerCache { 
            static final int low = -128;
            static final int high;
            static final Integer cache[];
            static { 
                // high value may be configured by property
                int h = 127;
                String integerCacheHighPropValue =
                    sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
                if (integerCacheHighPropValue != null) { 
                    try { 
                        int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                        i = Math.max(i, 127);
                        // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                        h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                    } catch( NumberFormatException nfe) { 
                        // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                    }
                }
                high = h;
                cache = new Integer[(high - low) + 1];
                int j = low;
                for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                    cache[k] = new Integer(j++);
                // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
                assert IntegerCache.high >= 127;
            }
            private IntegerCache() { }
        }

从上面两段代码可以看出，在自动装箱的情况下，缓存通过一个for循环实现。  
从低到高创建整数存储在一个整数数组中。这个缓存会在Integer类第一次被使用的时候初始化出来。当通过valueOf方法创建对象的时候，如果数值在\[-128,127\]之间，便返回指向IntegerCache.cache中已经存在的对象的引用；否则创建一个新的Integer对象

需要注意最大值127不是固定的：

> 最大值127可以通过-XX:AutoBoxCacheMax=size修改。

> 实际上这个功能在Java 5中引入的时候,范围是固定的-128 至 +127。后来在Java 6中，可以通过java.lang.Integer.IntegerCache.high设置最大值。这使我们可以根据应用程序的实际情况灵活地调整来提高性能。到底是什么原因选择这个-128到127范围呢？因为这个范围的数字是最被广泛使用的。  
> 在程序中，第一次使用Integer的时候也需要一定的额外时间来初始化这个缓存。

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下面我们以一段代码为例来讲解：

public class Main { 
        public static void main(String[] args) {    
            Integer a1=59;
    		int a2=59;
    		Integer a3=Integer.valueOf(59);
    		Integer a4=new Integer(59);
    		System.out.println(a1==a2);
    		System.out.println(a1==a3);
    		System.out.println(a1==a4);
    		System.out.println(a2==a2);
     	}
    }

控制台会输出什么呢？

true
    true
    flase
    true

我们来逐句研究一下：  
当Integer a1=59 的时候，会调用 Integer 的 valueOf 方法，

public static Integer valueOf(int i) { 
         assert IntegerCache.high>= 127;
         if (i >= IntegerCache.low&& i <= IntegerCache.high)
         return IntegerCache.cache[i+ (-IntegerCache.low)];
         return new Integer(i); }

这个方法就是返回一个 Integer 对象，只是在返回之前，看作了一个判断，判断当前 i 的值是否在 \[-128,127\] 区别，且 IntegerCache 中是否存在此对象，如果存在，则直接返回引用，否则，创建一个新的对象。

在这里的话，因为程序初次运行，没有 59 ，所以，直接创建了一个新的对象。

int a2=59 ，这是一个基本类型，存储在栈中。

Integer a3 =Integer.valueOf(59); 因为 IntegerCache 中已经存在此对象，所以，直接返回引用。

Integer a4 = new Integer(59) ；直接创建一个新的对象。

所以对于其运行结果分析：

System. out .println(a1== a2); 
    //a1是Integer对象,a2是int,这里比较的是值.Integer会自动拆箱成int,然后进行值的比较。所以,为真。
    
    System. out .println(a1== a3); 
    //因为 a3 返回的是a1 的引用，所以，为真。
    
    System. out .println(a3==a4); 
    //因为 a4 是重新创建的对象，所以 a3,a4 是指向不同的对象，因此比较结果为假。
    
    System. out .println(a2== a4);
    // 因为 a2 是基本类型，所以此时 a4 会自动拆箱，进行值比较，所以，结果为真。

对于128陷阱有了了解！

值得参考的博客：

*  [深入剖析Java中的装箱和拆箱][Java]

[20190806170607542.png]: /images/20211108/e96da7a1720a40858bce4ce35b8d6953.png
[Java]: https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3780005.html