Integer的緩存機制

轉載出處：https://blog.csdn.net/qq_27093465/article/details/52473649

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。

/**
 * 測試Integer的緩存 IntegerCache.cache
 */
private static void testIntegerCache() {
    System.out.println("---int---");
    int a = 127, b = 127;
    System.out.println(a == b);         //true
    a = 128;
    b = 128;
    System.out.println(a == b);         //true

    System.out.println("---Integer---");
    Integer aa = 127, bb = 127;
    System.out.println(aa == bb);       //true
    aa = 128;
    bb = 128;
    System.out.println(aa == bb);       //false
    System.out.println(aa.equals(bb));  //true
}

執行結果就如同上面的那樣，我就不貼圖來展示啦，我把原文的例子給換成自己的了。

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

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。

/**
 * Returns an {@code Integer} instance representing the specified
 * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not
 * required, this method should generally be used in preference to
 * the constructor {@link #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 {@code int} value.
 * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}.
 * @since  1.5
 */
public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= 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 (是個Integer類型的數組)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。

/**
 * 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 {@code -XX:AutoBoxCacheMax=<size>} 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 < 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 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這個估計是版本號吧)，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。