浅谈Integer缓存机制原理

面试题引入

这里引申出一个经典问题,看下面代码

Integer a = 100;

Integer b = 100;
System.out.println(a == b);//true

Integer c = 200;
Integer d = 200;
System.out.println(c == d);//false

为什么第一个输出的是true,第二个输出的是false?

源码分析

Integer a = 100的这种直接赋值操作,是调⽤Integer.valueOf(100)方法,从Integer.valueOf()源码可以看到,返回的是Integer对象,但这里的实现并不是简单的new Integer,而是先判断 i 这个值是否在IntegerCache范围内,如果在,直接返回IntegerCache中的值,如果不在则new Integer

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

 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() {}
}

从源码可以看到,默认Integer cache 的下限是-128,上限默认127。当赋值100给Integer时,刚好在这个范围内,所以从cache中取对应的Integer并返回,所以a和b返回的是同一个对象,所以 比较是相等的,当赋值200给Integer时,不在cache 的范围内,所以会new Integer并返回,当然 比较的结果是不相等的。

扩展:Byte,Short,Integer,Long 这 4 种包装类默认创建了数值 [-128,127] 的相应类型的缓存数据,Character 创建了数值在 [0,127] 范围的缓存数据,Boolean 直接返回 True or False

System.out.println(Integer.valueOf(-128) == Integer.valueOf(-128));//1.true
System.out.println(Integer.valueOf(127) == Integer.valueOf(127));//2.true
System.out.println(Integer.valueOf(128) == Integer.valueOf(128));//3.false
System.out.println(Integer.parseInt("128") == Integer.valueOf(128));//4.true

1、2、3都好理解,缓存范围是 [-128,127],1、2都在范围内,返回的是缓存中的对象,因此输出true,3不在范围内,返回的是新 new 的Integer,因此输出false。

那为什么4输出的是true呢? 128 在缓存范围外,按道理会 new 出一个Integer对象,为什么输出true呢?

  • 首先Integer.parseInt方法返回的是int 基本数据类型,不是对象,也就是说 Integer.parseInt("128") = 128

    public static int parseInt(String s) throws NumberFormatException {
        return parseInt(s,10);
    }
    
  • 当进行比较("==")运算时,会进行自动拆箱,也就是说 Integer.valueOf(128) 生成的 Integer 会自动拆箱成128,那么比较两个相等的额数值自然是true的

当基础类型与它们的包装类有如下几种情况时,编译器会自动进行装箱或拆箱:

  • 赋值操作(装箱或拆箱)
  • 进行加减乘除混合运算 (拆箱)
  • 进行>,<,==比较运算(拆箱)
  • 调用equals进行比较(装箱)
  • ArrayList、HashMap等集合类添加基础类型数据时(装箱)

注意:三目运算符 condition ? 表达式 1:表达式 2 中,高度注意表达式 1 和 2 在类型对齐时,可能抛出因自动拆箱导致的 NPE 异常

  1. 表达式 1 或 表达式 2 的值只要有一个是原始类型。
  2. 表达式 1 或 表达式 2 的值的类型不一致,会强制拆箱升级成表示范围更大的那个类型。
Integer a = 1;
Integer b = 2;
Integer c = null;
Boolean flag = false;
// a*b 的结果是 int 类型,那么 c 会强制拆箱成 int 类型,抛出 NPE 异常
Integer result = (flag ? a * b : c);

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,这是一个典型的用空间换时间的例子(其实缓存机制都是这个原理),而Java开发者认为[-128,127]是比较常使用的范围。

关于作者

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