JDK源码分析———Integer类

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Integer是开发中最常用的类之一，下面深入源码分析一下Integer的设计和实现。

jdk版本：1.8

继承结构

Integer

Integer是一个不变类，实现了Comparable接口。父类Number是个抽象类，是所有数字类型相关的类的父类，例如Double、Float、Integer、Long和Short。

取值范围

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/**
 * A constant holding the minimum value an {@code int} can
 * have, -2<sup>31</sup>.
 */
@Native public static final int   MIN_VALUE = 0x80000000;

/**
 * A constant holding the maximum value an {@code int} can
 * have, 2<sup>31</sup>-1.
 */
@Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;

可以看到，Integer类中规定了范围大小时在-2^31~2^31-1之间。

缓存策略

Integer的缓存策略是 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。

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public static void main(String[] args) {
    Integer a = 100;
    Integer b = 100;

    Integer c = 200;
    Integer d = 200;

    System.out.println(a == b);
    System.out.println(c == d);
}

运行结果：

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true
false

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，所以会认为运行结果都是false。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。原因如下：
源码中有一个IntegerCache，这一个私有的内部类。这个类缓存了low - high之间数字的包装类。关于这个类的分析在下面，反正你需要记住它把一些数字的包装类提前缓存了，如果判断成立就把缓存中的那个包装类返回，如果不则new一个新的。

IntegerCache源码

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private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high; // high可以配置，通过 VM 参数-XX:AutoBoxCacheMax=<size>
    static final Integer cache[]; // 缓存数组

    static {
        // high value may be configured by property
        int h = 127;
        String integerCacheHighPropValue =
            sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high"); // 读取VM参数配置
        if (integerCacheHighPropValue != null) {
            try {
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127); // 缓存大数
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1); // 防止越界
            } catch( NumberFormatException nfe) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        high = h;

        cache = new Integer[(high - low) + 1]; // 创建缓存数组
        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() {}
}

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。

Java语言规范中的缓存行为

在 Boxing Conversion 部分的Java语言规范(JLS)规定如下：

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。

其他缓存的对象

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。

有 ByteCache 用于缓存 Byte 对象

有 ShortCache 用于缓存 Short 对象

有 LongCache 用于缓存 Long 对象

有 CharacterCache 用于缓存 Character 对象

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。