Java基础：128陷阱之Integer缓存源码研究

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：

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。

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

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。

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