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JDK源码精读汇总帖
类声明
public final class Integer extends Number implements Comparable {}
public abstract class Number implements java.io.Serializable {}
- 抽象类 Number 是 BigDecimal、BigInteger、Byte、Double、Float、Integer、Long 和 Short 类的超类。
- Number 的子类必须提供将表示的数值转换为 byte、double、float、int、long 和 short 的方法。
- Integer中对应的方法就是类型转换，将int转换成byte、double、float、long 和 short 类型。
compareTo
实现了Comparable，看看对应的方法，很好理解
public int compareTo(Integer anotherInteger) {
return compare(this.value, anotherInteger.value);
}
/**
* jdk1.7之后单独抽取出来的static方法，可以作为工具方法用于比较两个整数
*/
public static int compare(int x, int y) {
return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
}
toString(int)
看看非常常用的toString方法
public static String toString(int i) {
// 如果是Integer的最小值，直接返回字符串"-2147483648"
if (i == Integer.MIN_VALUE)
return "-2147483648";
// 计算形参i的位数，负数的话，size要比数字本身多1，用来存储负号(-)
int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);
// 构造一个用于存储数字的字符数组
char[] buf = new char[size];
// 填充字符数组
getChars(i, size, buf);
return new String(buf, true);
}
先看看stringSize方法，这个方法返回的是形参i的位数
final static int [] sizeTable = { 9, 99, 999, 9999, 99999, 999999, 9999999, 99999999, 999999999, Integer.MAX_VALUE };
// 要求形参x为正数
static int stringSize(int x) {
// 一个个和sizeTable比较，到第i个数代表x由(i+1)个数字组成
for (int i=0; ; i++)
if (x <= sizeTable[i])
return i+1;
}
再看看getChars方法，这个方法就是将组成形成i的每一个数字，填充到buf数组里。在看getChars这个方法之前可以先思考一下，怎么样获取形参i的每个位置上的数字呢？其实就是循环：①每次除以10求余(%)，得到的就是个位上的数字；②然后再将形参i除以10，整数相除，尾数(即前面的余数)就会被丢弃；③重复①②直到形参i变成0。如12，第一次循环：除以10求余得到2，就是个位数上的数字是2，然后除以10，得到1，个位数上的2就被丢弃了，第二次循环：除10求余得到1，然后除以10得到0，于是分别得到了2和1，循环结束了。用代码来看的话就是：
while (true) {
r = i % 10;
i /= 10;
// 伪代码↓
// 第n次循环，将r加入到buf的倒数第n位上
if (i == 0) break;
以上只考虑了正数的情况，对于负数的情况，只要再循环结束后，在buf的第0个位置加上一个'-'即可，完整代码如下：
static void myGetChars(int i, int index, char[] buf) {
int charPos = index;// 用来记录buf每次可插入的尾部
char sign = 0;// 是否为负数的标记
if (i < 0) {
sign = '-';
i = -i;// 当成正数处理
}
while (true) {
int r = i % 10;
i /= 10;
buf [--charPos] = digits [r];// 将数字r转成字符'r'，然后添加到buf的可插入尾部
if (i == 0) break;
}
if (sign != 0) {
buf [--charPos] = sign;
}
}
看样子好像实现了getChars的功能，但是jdk里面是不是这么做的呢？答案是：no!看看源码：
static void getChars(int i, int index, char[] buf) {
int q, r;// r为余数，就是每次被插入到buf的数
int charPos = index;// buf可插入尾部
char sign = 0;
if (i < 0) {
sign = '-';
i = -i;
}
// i >= 65536时
// 每次迭代向buf插入2个数字，即i的最后两位，目的应该是加快迭代速度
while (i >= 65536) {
q = i / 100;
// really: r = i - (q * 100);
// 本质就是r = i - (q * 100)
// q << 6 = 2^6 = 64
// q << 5 = 2^5 = 32
// q << 2 = 2^2 = 4
// i - q * 100 得到的r就是i的末尾2位数，本质是i%100，应该是乘法运算速度大于除法，大于求余，但是减法的速度应该也不算快
r = i - ((q << 6) + (q << 5) + (q << 2));
i = q;
// 插入r的个位数
buf [--charPos] = DigitOnes[r];
// 插入r的十位数
buf [--charPos] = DigitTens[r];
}
// Fall thru to fast mode for smaller numbers
// assert(i <= 65536, i);
for (;;) {
// 这里本质就是i/10，
q = (i * 52429) >>> (16+3);
r = i - ((q << 3) + (q << 1)); // 本质就是 r = i-(q*10)
buf [--charPos] = digits [r];// 将数字r转成字符'r'，然后添加到buf的可插入尾部
i = q;
if (i == 0) break;
}
if (sign != 0) {// 如果是负数，再插入'-'
buf [--charPos] = sign;
}
}
这里有几个比较有意思的地方：
- 首先是分段来获取字符，分成>=65535和<65535两段，大于等于65535的部分，每次迭代获取两个字符，这里有个疑问的地方是，为什么不分成>=10和<10两部分呢，难道是后面这一小段代码的执行速度比较快？
- 其次是<65535这部分，对于
q = (i * 52429) >>> (16+3);,这个代码等价于q = i / 10;，应该是ALU执行乘法和移位运算的速度快过除法的运算速度。但是为什么是52429和2^19 (2的19次方，无符号右移19位相当于除以2的19次方)，这是出于精度同时不会溢出这两方面考虑的。首先说精度方面，(double)52429/524288=0.100000381469，这个精度完全可以保证求出i的十分之一，比如选了一个精度不够的，求出值为0.103，那么如果i是999，999*0.103=102,并不是999的十分之一99；另外一方面，65536=2^16，52429<65536，所以i * 52429 < 2^32，不会溢出，至于i * 52429 会导致结果变成负数的问题，这只是中间结果，无符号右移19位之后，高位全部补0，结果q还是正数。
以上可以看出，jdk还是蛮严谨的，为了效率也是拼了。 - 但实际测试的结果感觉运算效率并没有很大提高，可能是以前的ALU没有现在的先进。
toString(int, int)
接下来看看toString(int i, int radix)，这个方法主要是将形参i转成radix进制的数
public static String toString(int i, int radix) {
// 如果小于2进制或大于36进制，当成10进制处理
if (radix < Character.MIN_RADIX || radix > Character.MAX_RADIX)
radix = 10;
/* Use the faster version */
// 10进制数，直接使用更快的版本
if (radix == 10) {
return toString(i);
}
// Integer最多占用33位，数字32位，符号1位
char buf[] = new char[33];
boolean negative = (i < 0);// 判断是否为负数，后面i被当成负数来统一处理
int charPos = 32;// buf最末尾的索引，从32开始
// 如果i是正数，取反，当成负数处理
if (!negative) {
i = -i;
}
// i%radix的余数的绝对值放到buf当前尾部(charPos)位置
while (i <= -radix) {
buf[charPos--] = digits[-(i % radix)];
i = i / radix;
}
buf[charPos] = digits[-i];
// 如果i是负数，加上'-'
if (negative) {
buf[--charPos] = '-';
}
// 返回字符串，从buf的charPos位置开始截取，长度33-charPos，正好是最后一个位置，索引下标为32
return new String(buf, charPos, (33 - charPos));
}
toString()
无参的toString就没什么难度了，就是把Integer封装的value转成字符串
public String toString() {
return toString(value);
}
toHexString(int)
接下来看看几个无符号进制的转换
public static String toHexString(int i) {
return toUnsignedString(i, 4);
}
public static String toOctalString(int i) {
return toUnsignedString(i, 3);
}
public static String toBinaryString(int i) {
return toUnsignedString(i, 1);
}
/**
* 本质上就是理解这个方法
* 因为是无符号，所以所有数字其实都可以想象成二进制的情况，如17则是0000 0000 0000 0000 0000 0001 0001 0001,-17则是1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1111
*/
private static String toUnsignedString(int i, int shift) {
// 无符号数，只需存32位即可
char[] buf = new char[32];
// 可插入的尾部位置
int charPos = 32;
// 进制
int radix = 1 << shift;
// 类似掩码的作用，二进制是对应的是0001,八进制对应0111，十六进制对应1111
int mask = radix - 1;
do {
// 关键理解i & mask，整个过程就像手工转换进制一样，先得到二进制，然后每几位一组转换，如0001 0001转成8进制，每3位一组：00 010 001，然后得到0 2 1，所以17的8进制表示就是21，i & mask的过程就像分组，每次迭代将mask对应的位数得到，再利用digits转换成对应的字符
buf[--charPos] = digits[i & mask];
i >>>= shift;
} while (i != 0);
return new String(buf, charPos, (32 - charPos));
}
演示一下i & mask的过程：
- i=17,mask=7，则相当于0001 0001 & 0111 得到001,digit[1]
=1,第二次迭代i=000 010,000 010 & 0111得到010,digit[2]=2,迭代结束，buf=21。 - i=17,mask-15，则相当于0001 0001 & 1111 得到0001,digit[1]
=1,第二次迭代i=0001,0001 & 1111得到0001,digit[1]=1,迭代结束,buf=11。
parseInt(String, int)
接着看parseInt方法，进制转换的公式：a * radix^0 + b * radix^1 + c * radix^2 + ... + xx * radix^(n-1)
/**
* 整个过程的关键点都在判断下一次迭代会不会导致溢出
*
*/
public static int parseInt(String s, int radix)
throws NumberFormatException
{
/*
* WARNING: This method may be invoked early during VM initialization
* before IntegerCache is initialized. Care must be taken to not use
* the valueOf method.
*/
// 下面都是判断s不能为空，进制必须在[2, 36]，可以看到jdk的源码处理也有问题，之前进制转换的，不在[2, 36]之间就当成10进制处理，现在是抛异常，规则不一样
if (s == null) {
throw new NumberFormatException("null");
}
if (radix < Character.MIN_RADIX) {
throw new NumberFormatException("radix " + radix +
" less than Character.MIN_RADIX");
}
if (radix > Character.MAX_RADIX) {
throw new NumberFormatException("radix " + radix +
" greater than Character.MAX_RADIX");
}
// 当前的转换结果
int result = 0;
// 后面的处理都基于负数处理，一方面是统一规则，另外Integer.MIN_VALUE的绝对值比较大
boolean negative = false;
int i = 0, len = s.length();
// 后面两个参数限制溢出的作用
int limit = -Integer.MAX_VALUE;
// 界定溢出，具体看下面的注释
int multmin;
// 通过Character#digit转换过来的数值
int digit;
if (len > 0) {
// 处理第一个字符
char firstChar = s.charAt(0);
if (firstChar < '0') { // Possible leading "+" or "-"
if (firstChar == '-') {
negative = true;
// 如果是负数，溢出标志变成Integer.MIN_VALUE
limit = Integer.MIN_VALUE;
} else if (firstChar != '+')
throw NumberFormatException.forInputString(s);
if (len == 1) // Cannot have lone "+" or "-"
throw NumberFormatException.forInputString(s);
i++;
}
// 界定是否溢出的标志，假设10进制最大是211，则multmin = 211 / 10 = 21，假设现在result为30，那么下一次迭代result *= radix肯定会大于211，溢出了。
multmin = limit / radix;
while (i < len) {
// Accumulating negatively avoids surprises near MAX_VALUE
// 转换函数，具体在Character类了解
digit = Character.digit(s.charAt(i++),radix);
if (digit < 0) {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
// 因为是当成负数(limit是负数)处理，相当于正数的result > multmin
if (result < multmin) {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
result *= radix;// 迭代，就是套公式a * radix^(n-1)的过程
// 同样是判断溢出的过程，继续上面的分析，result现在是210，如果digit是2，则转换后的result = 212，也是溢出了。
if (result < limit + digit) {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
result -= digit;// 公式里相加的过程，负数的话就是减
}
} else {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
return negative ? result : -result;
}
// 这个就是调用上面的方法
public static int parseInt(String s) throws NumberFormatException {
return parseInt(s,10);
}
valueOf()
接着看看valueOf方法，在看valueOf方法之前，需要先看看IntegerCache，顾名思义，这个是整数的缓存，默认情况下，IntegetCache会缓存[-128, 127]的所有实例，所以正常情况下，在这两个值范围内的对象都是相等的(==返回true)，因为它们引用的是同一块内存上的对象，有点单例的意思，当然可以通过启动参数-XX:AutoBoxCacheMax=size来修改缓存的内容(size必须大于127，否则当成127)来让jvm缓存[-size-1, size]的对象。看看代码：
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) {
int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
i = Math.max(i, 127);// 如果配置的值比127小，缓存上界还是127
// Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
}
high = h;
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
// 对象一个个缓存起来，用cache数组保存
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
}
private IntegerCache() {}
}
具体看看valueOf方法
// 调用的parseInt方法以及分析过
public static Integer valueOf(String s, int radix) throws NumberFormatException {
return Integer.valueOf(parseInt(s,radix));
}
public static Integer valueOf(String s) throws NumberFormatException {
return Integer.valueOf(parseInt(s, 10));
}
public static Integer valueOf(int i) {
assert IntegerCache.high >= 127;// 防止IntegetCache函数上界不是127
// 在[IntegetCache.low, Integer.high]直接的直接从缓存中返回
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);// 否则新建一个实例
}
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java.lang.Integer源码精读(一)
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