浅谈Integer的缓存机制原理

水深无声 2023-07-10 08:06 1阅读 0赞

#### 来道常见面试题 ####

下面程序的输出结果是什么呢？

public class IntegerTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            Integer a = 100, b = 100, c = 200, d = 200;
            System.out.println(a == b);
            System.out.println(c == d);
        }
    }

对的，可能大多数人都知道了，结果是true，false；原因就是Integer的缓存机制，会自动将-128~127缓存起来，使用时直接取就好。本篇文章带领大家具体分析一下。

#### 分析源码 ####

大家都知道Integer a =100；这个语句涉及到了自动装箱，会调用Integer.ValueOf()方法，将基本类型转化为对象类型；这个我们可以在该方法下打个断点就会知道。  
那看一下ValueOf方法的源码：

/** * 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);
        }

从注释可以看出，-128~127是IntegerCache的缓存范围，如果装箱的值在范围内，则直接从数组中IntegerCache返回，否则则调用构造方法创建新的对象。  
既然这样，那我们再看一次啊IntegerCache这个数组是如何初始化赋值的：

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() { }
        }

从源码可以看出，数组的下边界值是从-128开始的，但是上面是**暂定**为127；为什么说是暂定，因为这个值是可以通过虚拟机的参数进行调整的，缓存的最大值是可以通过虚拟机参数 -XX:AutoBoxCacheMax=\} 或 -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high= 来设置的。默认是127罢了。

此时，我们反过头看答案梳理一下，正是因为装箱的值在-128~127之间，这些对象是直接从缓存的数组中获取，所以只要值相等，则获取的对象必定是同一对象，相反，则一定不是同一个对象。

#### 分析反汇编 ####

上面的方法有个地方稍显牵强，就是我们只能通过断点的方式判断自动装箱是调用ValueOf，下面从反汇编的角度分析一下，可以使用IDEA调用javap.exe,即可展示反汇编语句；当然也可直接在控制台中输出，先进行编译：javac IntegerTest .java，然后进行反汇编：javap -c IntegerTest 。可得到如下代码：

Compiled from "IntegerTest.java"
    public class IntegerTest { 
      public IntegerTest();
        Code:
           0: aload_0
           1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
           4: return
    
      public static void main(java.lang.String[]);
        Code:
           0: bipush        100
           2: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
           5: astore_1
           6: bipush        100
           8: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
          11: astore_2
          12: sipush        200
          15: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
          18: astore_3
          19: sipush        200
          22: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
          25: astore        4
          27: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
          30: aload_1
          31: aload_2
          32: if_acmpne     39
          35: iconst_1
          36: goto          40
          39: iconst_0
          40: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
          43: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
          46: aload_3
          47: aload         4
          49: if_acmpne     56
          52: iconst_1
          53: goto          57
          56: iconst_0
          57: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
          60: return
    }
    
    Process finished with exit code 0

通过后面注释可以得知，在自动装箱是确实调用的是ValueOf的静态方法。因为我也是第一次接触反汇编代码，所以也就看懂个大概，里面的几个几个语法点可以说一下

> bipush：当int取值-128~127时，JVM采用bipush指令将常量压入栈中。  
> sipush：当int取值-32768~32767时，JVM采用sipush指令将常量压入栈中。  
> iconst：当int取值-1~5时，JVM采用iconst指令将常量压入栈中  
> if\_acmpeq： 比较栈两个引用类型数值，相等则跳转  
> if\_acmpne： 比较栈两个引用类型数值，不相等则跳转  
> aload\_n和astore\_n是对应的，一个往里面放，一个从里面取

#### 总结思考 ####

*  缓存机制存在的原因：将频繁被使用的对象缓存起来，可以提升读取的效率，这是一个典型的用控件换时间的例子（其实缓存机制都是这个原理）
 *  Integer的缓存机制是这样，那其它类型比如Long，Short等应该也可以使用相同的分析方法进行分析
 *  反汇编方法是个不错的分析手段，多接触多了解（觉得自己写出来之后，理解更加深刻了）

参考:[码出规范：《阿里巴巴Java开发手册》详解][Java],慕课网明明如月老师的手记，推荐大家购买阅读，觉得很超值

[Java]: https://www.imooc.com/read/55/article/1139#anchor_7