Java的IntegerCache

本文將介紹 Java 中 Integer 緩存的相關知識。這是 Java 5 中引入的一個有助於節省內存、提高性能的特性。首先看一個使用 Integer 的示例代碼，展示了 Integer 的緩存行爲。接着我們將學習這種實現的原因和目的。你可以先猜猜下面 Java 程序的輸出結果。很明顯，這裏有一些小陷阱，這也是我們寫這篇文章的原因。

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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");       } }

大多數人都認爲上面的兩個判斷的結果都是 false。雖然它們的值相等，但由於比較的是對象，而對象的引用不一樣，所以會認爲兩個 if 判斷都是 false 的。在 Java 中，== 比較的是對象引用，而 equals 比較的是值。因此，在這個例子中，不同的對象有不同的引用，所以在進行比較的時候都應該返回 false。但是奇怪的是，這裏兩個相似的 if 條件判斷卻返回不同的布爾值。

下面是上面代碼真正的輸出結果，

1 2	integer1 == integer2 integer3 != integer4

Java 中 Integer 緩存實現

在 Java 5 中，爲 Integer 的操作引入了一個新的特性，用來節省內存和提高性能。整型對象在內部實現中通過使用相同的對象引用實現了緩存和重用。

上面的規則適用於整數區間 -128 到 +127。

這種 Integer 緩存策略僅在自動裝箱（autoboxing）的時候有用，使用構造器創建的 Integer 對象不能被緩存。

Java 編譯器把原始類型自動轉換爲封裝類的過程稱爲自動裝箱（autoboxing），這相當於調用 valueOf 方法

1 2	Integer a = 10; //this is autoboxing Integer b = Integer.valueOf(10); //under the hood

現在我們知道了 JDK 源碼中對應實現的部分在哪裏了。我們來看看 valueOf 的源碼。下面是 JDK 1.8.0 build 25 中的代碼。

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/**     * 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 &amp;gt;= IntegerCache.low &amp;amp;&amp;amp; i &amp;lt;= IntegerCache.high)            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];        return new Integer(i);    }

在創建新的 Integer 對象之前會先在 IntegerCache.cache 中查找。有一個專門的 Java 類來負責 Integer 的緩存。

IntegerCache 類

IntegerCache 是 Integer 類中一個私有的靜態類。我們來看看這個類，有比較詳細的文檔，可以提供我們很多信息。

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/**      * 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 &amp;lt; cache.length; k++)                 cache[k] = new Integer(j++);               // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)             assert IntegerCache.high &amp;gt;= 127;         }           private IntegerCache() {}     }

Javadoc 詳細的說明這個類是用來實現緩存支持，並支持 -128 到 127 之間的自動裝箱過程。最大值 127 可以通過 JVM 的啓動參數 -XX:AutoBoxCacheMax=size 修改。 緩存通過一個 for 循環實現。從小到大的創建儘可能多的整數並存儲在一個名爲 cache 的整數數組中。這個緩存會在 Integer 類第一次被使用的時候被初始化出來。以後，就可以使用緩存中包含的實例對象，而不是創建一個新的實例(在自動裝箱的情況下)。

實際上在 Java 5 中引入這個特性的時候，範圍是固定的 -128 至 +127。後來在 Java 6 中，最大值映射到 java.lang.Integer.IntegerCache.high，可以使用 JVM 的啓動參數設置最大值。這使我們可以根據應用程序的實際情況靈活地調整來提高性能。是什麼原因選擇這個 -128 到 127 這個範圍呢？因爲這個範圍的整數值是使用最廣泛的。 在程序中第一次使用 Integer 的時候也需要一定的額外時間來初始化這個緩存。

Java 語言規範中的緩存行爲

在 Boxing Conversion 部分的Java語言規範(JLS)規定如下：

如果一個變量 p 的值屬於：-128至127之間的整數(§3.10.1)，true 和 false的布爾值 (§3.10.3)，’u0000′ 至 ‘u007f’ 之間的字符(§3.10.4)中時，將 p 包裝成 a 和 b 兩個對象時，可以直接使用 a == b 判斷 a 和 b 的值是否相等。

其他緩存的對象

這種緩存行爲不僅適用於Integer對象。我們針對所有整數類型的類都有類似的緩存機制。

有 ByteCache 用於緩存 Byte 對象

有 ShortCache 用於緩存 Short 對象

有 LongCache 用於緩存 Long 對象

有 CharacterCache 用於緩存 Character 對象

Byte，Short，Long 有固定範圍: -128 到 127。對於 Character, 範圍是 0 到 127。除了 Integer 可以通過參數改變範圍外，其它的都不行。

原文鏈接： javapapers 翻譯： ImportNew.com - 挖坑的張師傅
譯文鏈接： http://www.importnew.com/18884.html