理解Java Integer的缓存策略 - 开发者俱乐部

本文将介绍 Java 中 Integer 缓存的相关知识。这是 Java 5 中引入的一个有助于节省内存、提高性能的特性。首先看一个使用 Integer 的示例代码，展示了 Integer 的缓存行为。接着我们将学习这种实现的原因和目的。你可以先猜猜下面 Java 程序的输出结果。很明显，这里有一些小陷阱，这也是我们写这篇文章的原因。

package com.javapapers.java;
public class JavaIntegerCache {
public static void main(String... strings) {
Integer integer1 = 3;
Integer integer2 = 3;
if (integer1 == integer2)
System.out.println("integer1 == integer2");
else
System.out.println("integer1 != integer2");
Integer integer3 = 300;
Integer integer4 = 300;
if (integer3 == integer4)
System.out.println("integer3 == integer4");
else
System.out.println("integer3 != integer4");
}
}

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大多数人都认为上面的两个判断的结果都是 false。虽然它们的值相等，但由于比较的是对象，而对象的引用不一样，所以会认为两个 if 判断都是 false 的。在 Java 中，== 比较的是对象引用，而 equals 比较的是值。因此，在这个例子中，不同的对象有不同的引用，所以在进行比较的时候都应该返回 false。但是奇怪的是，这里两个相似的 if 条件判断却返回不同的布尔值。

integer1 == integer2
integer3 != integer4

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在 Java 5 中，为 Integer 的操作引入了一个新的特性，用来节省内存和提高性能。整型对象在内部实现中通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。

这种 Integer 缓存策略仅在自动装箱（autoboxing）的时候有用，使用构造器创建的 Integer 对象不能被缓存。

Java 编译器把原始类型自动转换为封装类的过程称为自动装箱（autoboxing），这相当于调用 valueOf 方法

Integer a = 10; //this is autoboxing
Integer b = Integer.valueOf(10); //under the hood

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现在我们知道了 JDK 源码中对应实现的部分在哪里了。我们来看看 valueOf 的源码。下面是 JDK 1.8.0 build 25 中的代码。

/**
* Returns an {<a href="http://www.jobbole.com/members/java12">@code</a> Integer} instance representing the specified
* {<a href="http://www.jobbole.com/members/java12">@code</a> int} value. If a new {<a href="http://www.jobbole.com/members/java12">@code</a> Integer} instance is not
* required, this method should generally be used in preference to
* the constructor {<a href="http://www.jobbole.com/members/57845349">@link</a> #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 {<a href="http://www.jobbole.com/members/java12">@code</a> int} value.
* @return an {<a href="http://www.jobbole.com/members/java12">@code</a> Integer} instance representing {<a href="http://www.jobbole.com/members/java12">@code</a> i}.
* <a href="http://www.jobbole.com/members/chchxinxinjun">@since</a> 1.5
*/
public static Integer valueOf(int i) {
if (i &gt;= IntegerCache.low &amp;&amp; i &lt;= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}

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在创建新的 Integer 对象之前会先在 IntegerCache.cache 中查找。有一个专门的 Java 类来负责 Integer 的缓存。

IntegerCache 是 Integer 类中一个私有的静态类。我们来看看这个类，有比较详细的文档，可以提供我们很多信息。

/**
* 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 {<a href="http://www.jobbole.com/members/java12">@code</a> -XX:AutoBoxCacheMax=} 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 &lt; cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
assert IntegerCache.high &gt;= 127;
}
private IntegerCache() {}
}

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Javadoc 详细的说明这个类是用来实现缓存支持，并支持 -128 到 127 之间的自动装箱过程。最大值 127 可以通过 JVM 的启动参数 -XX:AutoBoxCacheMax=size 修改。缓存通过一个 for 循环实现。从小到大的创建尽可能多的整数并存储在一个名为 cache 的整数数组中。这个缓存会在 Integer 类第一次被使用的时候被初始化出来。以后，就可以使用缓存中包含的实例对象，而不是创建一个新的实例(在自动装箱的情况下)。

实际上在 Java 5 中引入这个特性的时候，范围是固定的 -128 至 +127。后来在 Java 6 中，最大值映射到 java.lang.Integer.IntegerCache.high，可以使用 JVM 的启动参数设置最大值。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。是什么原因选择这个 -128 到 127 这个范围呢？因为这个范围的整数值是使用最广泛的。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。

如果一个变量 p 的值属于：-128至127之间的整数(§3.10.1)，true 和 false的布尔值 (§3.10.3)，’u0000′ 至 ‘u007f’ 之间的字符(§3.10.4)中时，将 p 包装成 a 和 b 两个对象时，可以直接使用 a == b 判断 a 和 b 的值是否相等。

这种缓存行为不仅适用于Integer对象。我们针对所有整数类型的类都有类似的缓存机制。

Byte，Short，Long 有固定范围: -128 到 127。对于 Character, 范围是 0 到 127。除了 Integer 可以通过参数改变范围外，其它的都不行。