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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。
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。
- /**
- * 测试Integer的缓存 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
- }
执行结果就如同上面的那样,我就不贴图来展示啦,我把原文的例子给换成自己的了。
上面的规则适用于整数区间 -128 到 +127。
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
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 {@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);
- }
在创建新的 Integer 对象之前会先在 IntegerCache.cache (是个Integer类型的数组)中查找。有一个专门的 Java 类来负责 Integer 的缓存。
IntegerCache 类
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 {@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 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这个估计是版本号吧),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。