浅析 Java 的 Integer 缓存机制

Java 的 Integer 缓存机制简单分析

Java 开发手册中的建议

在 Java 开发手册中的 OOP 规约第七条中是这么说的:

【强制】 所有整型包装类对象之间值的比较，全部使用 equals 方法比较。

说明：对于 Integer var = ? 在 -128 至 127 范围内的赋值，Integer 对象是在 IntegerCache.cache 产生，会复用已有对象，这个区间内的 Integer 值可以直接使用 == 进行判断，但是这个区间之外的所有数据，都会在堆上产生，并不会复用已有对象，这是一个大坑，推荐使用 equals 方法进行判断。

• 此时可以思考：
  • 为何 Integer 会缓存 -128 到 127 之间的赋值?

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问题分析

• 代码 Demo

  public class IntegerDemo_01 {
  
      public static void main(String[] args) {
  
          Integer a = 100;
          Integer b = 100;
          Integer c = 129;
          Integer d = 129;
  
          System.out.println(a == b);
          System.out.println(c == d);
  
      }
  
  }
  

  运行结果：

  

  可以看出超出缓存范围后用 == 进行比较会出现 false 的情况。

  因为超出缓存范围后 Integer 内部会 new 一个这个值的实例返回，所以使用 == 判断相等会出现 false 的情况。

• 通过源码进行分析

  • 通过打断点的方式，可知道当使用类似 Integer a = 100; 这种形式声明 Integer 变量时，会通过 Integer 中的 valueOf(int) 方法来构造 Integer 对象。

  • 那么，可以先看这个方法的源码：

    /**
     * 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);
    }
    

    通过查看源码，可发现：

    当 i 的值在 IntegerCache 的最小值和最大值之间时，会从 IntegerCache 中的 cache 数组中直接提出相对应的值。

    否则会通过构造器的方式 new 一个 Integer 对象返回。

    再阅读源码的注释：

    ①This method will always cache values in the range -128 to 127

    从这段注释可以知道最小值是 -128，最大值是 127。

    ②If 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.

    从这段注释可以知道如果不需要新建新的 Integer 实例，则通常应优先使用此方法，因为通过缓存常用的值，会更省空间以及速度会更快。

    • 所以，如果想减少内存占用，提高运行效率，可以将常用的对象提前缓存，需要的时候再直接从缓存中拿出来使用。
    • 那么，此时是否可以更改 Integer 的缓存区间为更大的区间呢，接下来再进入 IntegerCache 中查看源码。

  • IntegerCache 源码：

    /**
     * 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=}option.
     * During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property
     * may be set and saved in the private system properties in the
     * jdk.internal.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 =
                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() {}
    }
    

    通过这段源码，可以发现最小值固定为 -128，最大值却没有明确指定。

    通过注释：

    The size of the cache may be controlled by the {@code -XX:AutoBoxCacheMax=} option.

    During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property may be set and saved in the private system properties in the jdk.internal.misc.VM class.

    可以知道缓存的最大值是可以通过虚拟机参数 -XX:AutoBoxCacheMax= 或 java.lang.Integer.IntegerCache.high 来设置。

    如果不自行设置则为 127。

    • 所以如果有需求，可以通过修改这两个参数之一，使得缓存的区间更大，这样上面的代码 Demo 就可以让结果都为 true 了。

    • 再通过这段注释：

      • Cache to support the object identity semantics of autoboxing for values between -128 and 127 (inclusive) as required by JLS.

      • 可以知道缓存这个范围的原因：缓存支持 JLS 要求的 -128 到 127 之间的自动装箱过程。也就是说这个范围是 JLS 规定的。

      • JLS 的要求

        • 在Boxing Conversion部分的 Java 语言规范 (JLS) 的规定:

          如果一个变量 p 的值是：

          -128 至 127 之间的整数,

          true 和 false 的布尔值,

          ‘\u0000’ 至 ‘\u007f’ 之间的字符

          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。

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小结

• 为了避免出现问题，在比较 Integer 时还是按照手册的建议使用 equals 方法来比较为好。

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如有写的不足的，请见谅，请大家多多指教。
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