理解Java Integer的緩衝策略

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本文將介紹 Java 中 Integer 緩衝的相關知識。這是 Java 5 中引入的一個有助於節省記憶體、提高效能的特性。首先看一個使用 Integer 的範例程式碼，展示了 Integer 的緩衝行為。接著我們將學習這種實現的原因和目的。你可以先猜猜下面 Java 程式的輸出結果。很明顯，這裡有一些小陷阱，這也是我們寫這篇文章的原因。

public class JavaIntegerCache {public static void main(String[] args) {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");}}}

 大多數人都認為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，所以會認為兩個 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，這裡兩個相似的 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，

integer1==integer2integer3!=integer4

 

Java 中 Integer 緩衝實現

在 Java 5 中，為 Integer 的操作引入了一個新的特性，用來節省記憶體和提高效能。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衝和重用。

上面的規則適用於整數區間 -128 到 +127。

這種 Integer 緩衝策略僅在自動裝箱（autoboxing）的時候有用，使用構造器建立的 Integer 對象不能被緩衝。

Java 編譯器把原始類型自動轉換為封裝類的過程稱為自動裝箱（autoboxing），這相當於調用 valueOf 方法.

我們來看看 valueOf 的源碼。

    public static Integer valueOf(int i) {        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];        return new Integer(i);    }

 

在建立新的 Integer 對象之前會先在 IntegerCache.cache 中尋找。有一個專門的 Java 類來負責 Integer 的緩衝。

IntegerCache 類

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

    /**     * 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衝支援，並支援 -128 到 127 之間的自動裝箱過程。最大值 127 可以通過 JVM 的啟動參數 -XX:AutoBoxCacheMax=size 修改。 緩衝通過一個 for 迴圈實現。從小到大的建立儘可能多的整數並儲存在一個名為 cache 的整數數組中。這個緩衝會在 Integer 類第一次被使用的時候被初始化出來。以後，就可以使用緩衝中包含的執行個體對象，而不是建立一個新的執行個體(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，最大值對應到 java.lang.Integer.IntegerCache.high，可以使用 JVM 的啟動參數設定最大值。這使我們可以根據應用程式的實際情況靈活地調整來提高效能。是什麼原因選擇這個 -128 到 127 這個範圍呢？因為這個範圍的整數值是使用最廣泛的。 在程式中第一次使用 Integer 的時候也需要一定的額外時間來初始化這個緩衝。

這種緩衝行為不僅適用於Integer對象。我們針對所有整數類型的類都有類似的緩衝機制。

有 ByteCache 用於緩衝 Byte 對象

有 ShortCache 用於緩衝 Short 對象

有 LongCache 用於緩衝 Long 對象

有 CharacterCache 用於緩衝 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。

 

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