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再学Java 之 Integer 包装类缓存

分类: IT文章 • 2022-06-01 16:51:37

前言：本博文将涉及的Java的自动装箱和自动拆箱，可以参考 这篇文章 和 官方教程 ，这里不再赘述。

首先，先看一个小程序：

public class Main {
    
    public static void main(String[] args){
        Integer i1 = new Integer(1);
        Integer i2 = new Integer(1);
        System.out.println(i1 == i2);
        
        Integer i3 = 1;
        Integer i4 = 1;
        System.out.println(i3 == i4);
        
        Integer i5 = 200;
        Integer i6 = 200;
        System.out.println(i5 == i6);
    }
}

上面的程序会依次输出false 、true、false。

 第一个输出语句应该比较好理解，就是创建了不同的对象。但是第二跟第三个输出语句估计很多人就很难理解了。

要解释这个问题，需要从缓存说起。

缓存

　　缓存是软件设计模式中一个非常有用的模式，缓存的实现方式有很多，不同方式可能存在性能上的差别。下面给出一个用数组实现的实例：

　　（1）缓存类Cache_test

/*
 * <p>
 * 该对象使用数组实现了缓存，也就是，
 * 每一次使用valueOf()创建新对象时，系统将会确认缓存中是否已经存在相应的对象（即data相等）。
 * 假如存在，则直接返回缓存已存在的对象；
 * 假如不存在，则创建一个新对象，存储到缓存中，并返回新创建的对象。
 * </p>
 * 
 * @author Harvin.
 * @version 1.0
 */
public class Cache_test {
    //需要存储的数据
    private final String data;
    
    public Cache_test(String data){
        this.data = data;
    }
    public String get_data(){
        return this.data;
    }
    @Override
    //直接判断是否是指向同一个对象
    public boolean equals(Object obj){
        if (this == obj) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    
    //定义缓存的大小
    private final static int MAX_SIZE = 10;
    //使用数组来存储缓存
    private static Cache_test[] cache
    = new Cache_test[MAX_SIZE];
    //定义当前缓存存储的位置
    private static int pos = 0;
    
    /* 判断是否已经缓存了包含该data对象的Cache_test对象，
     * 如果存在，则直接返回;
     * 如果不存在，则直接创建后再将其返回
     */
    public static Cache_test valueOf(String data){
        for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) {
            if (cache[i] != null
                    && cache[i].get_data().equals(data)) {
                return cache[i];
            }
        }
        if(MAX_SIZE == pos){
            cache[0]    = new Cache_test(data);
            pos            = 1;
        }else{
            cache[pos]    = new Cache_test(data);
        }
        return cache[pos++];
    }
}
Cache_test

　　（2）测试类Main

public class Main {
    
    public static void main(String[] args){
        Cache_test ct1 = new Cache_test("test1");
        Cache_test ct2 = new Cache_test("test1");
        //由于这里都是直接创建，所以下面会输出false;
        System.out.println(ct1 == ct2);
        
        Cache_test ct3 = Cache_test.valueOf("test2");
        Cache_test ct4 = Cache_test.valueOf("test2");
        //由于这里使用的是valueOf()函数，将会使用到缓存。所以下面输出true.
        System.out.println(ct3 == ct4);
    }
}
Main

　　上面的例子中，实现原理为：使用一个数组来缓存该类的对象，数组的长度为MAX_SIZE。每一次调用valueOf来创建对象时，缓存池将会先去查找缓存池中是否已经存在该对象，如果存在，则直接返回该对象，所以当输入两个相同data时，返回回来的对象是同一个，所以上面 ct3 和 ct4 为同一个对象。当缓存数组不存在该对象时，缓存池将根据传入的参数创建一个新的对象，再将其存储到缓存数组中。另外，在这里缓存池使用的是“先进先出”的原则。

PS：上面实例中，用于Cache_test的构造函数为共有，所以，允许创建不存储到缓存池中的对象，假如要强制使用缓存池，则可以将构造函数声明为private。

　　

　　了解了缓存原理后，我们来看看实际JDK中使用了缓存的类。

包装类 Integer 的缓存

类似于我们上面提到的缓存原理，Integer类如果使用new构造函数来创建对象，则每次都将返回全新的对象；假如采用了valueOf方法来创建对象，则会缓存该创建的对象。让我们来看看源码：

private static class IntegerCache {//内部类，注意它的属性都是定义为static final  
    static final inthigh; //缓存上界  
    static final Integer cache[];//cache缓存是一个存放Integer类型的数组  
  
    static {//静态语句块  
        final int low = -128;//缓存下界，值不可变  
  
        // high value may beconfigured by property  
        int h = 127;// h值，可以通过设置jdk的AutoBoxCacheMax参数调整(参见(3))  
        if (integerCacheHighPropValue !=null) {  
            // Use Long.decode here to avoid invoking methods that  
            // require Integer's autoboxing cache to be initialized  
            // 通过解码integerCacheHighPropValue，而得到一个候选的上界值  
            int i = Long.decode(integerCacheHighPropValue).intValue();  
            // 取较大的作为上界，但又不能大于Integer的边界MAX_VALUE  
            i = Math.max(i, 127);//上界最小为127  
            // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE  
            h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - -low);  
        }  
        high = h; //上界确定，此时high默认一般是127  
        // 创建缓存块，注意缓存数组大小  
        cache =new Integer[(high - low) + 1];  
        int j = low;  
        for(int k = 0; k <cache.length; k++)  
            cache[k] =new Integer(j++);// -128到high值逐一分配到缓存数组  
    }  
  
    private IntegerCache() {}//构造方法,不需要构造什么
Integer

 简单来说，就是使用了一个内部类IntegerCache 来管理缓存cache[]。但使用valueOf()方法时，系统将会判断是否存在于缓存池中。然而，请注意，这里有所不同的是，Integer类在加载时，就已经预先将一部分对象（即从-128到127）创建好了，也就是说每一次调用valueOf方法时，假如传入的值在-127到128之间，则Integer类直接返回已经创建好的对象，假如传入的参数值在此区间之外，则Integer类会创建一个全新的对象。

再看小程序

现在，让我们重新回来一开始的小程序。

（1）程序中 i1 和 i2 利用其构造函数进行构造，所以，两者是两个不同的对象，因此返回false。

（2）通过使用javap 查看字节码，可知 i3 和 i4 、i5 和 i6 的自动装箱事实上是调用了valueOf方法。i3 和 i4 的值在-128到127之间，所以直接使用缓存池的对象，而 i5 和 i6 超出该区间，所以创建的是新对象。

由此便可以得知所以输出结果了。

后记

通过资料查找和源码的查看，可以知道，除了Integer类外，还有Byte、Short、Long、Character也使用了缓存，而Flot、Double没有使用缓存。

相关资料

《Integer中用静态内部类所作的缓存》

《Java中的装箱与拆箱》

《Java 自动装箱和拆箱》

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