探究Java中Integer緩沖區(qū)底層原理

更新時間：2023年05月09日 10:01:20 作者：一一哥Sun

本文將會給大家講一講Integer這個包裝類的底層原理。在現(xiàn)在的就業(yè)環(huán)境下，我們需要知其然，還要知其所以然，才能更好地滿足就業(yè)需求，感興趣的小伙伴可以參考閱讀

一. Integer底層原理探究

1. int和Integer的區(qū)別

除了要掌握Integer的用法之外，我們還要了解它的一些底層內容，因為在面試時，關于Integer的底層考察的比較多。比如一個常見的面試題是這樣的：請問int和Integer的區(qū)別有哪些？

面對這樣的一道題目，你該怎么回答？常規(guī)的答案其實很容易答出來，比如：

int是基本數(shù)據(jù)類型，代表整型數(shù)據(jù)，默認值是0；
Integer是 int的包裝類，屬于引用類型，默認值為 null ；
int 和 Integer 都可以表示某一個整型數(shù)值；
Integer變量實際是對象的引用，當new一個Integer時，實際上是生成一個指針指向此對象；而int則是直接存儲數(shù)據(jù)值；
Integer可以區(qū)分出未賦值和值為 0 的區(qū)別，而int 則無法表達出未賦值的情況；
int 和 Integer 不能夠互用，因為他們是兩種不同的數(shù)據(jù)類型；
int在初始化時，可以直接寫成 int=1 的形式；
因為Integer是包裝類型，使用時可以采用 Integer i = new Integer(1) 的形式，但因為Java中的自動裝箱和拆箱機制，使得對Integer類的賦值也可以使用 Integer i= 1 的形式；
如果我們只是進行一些加減乘除的運算或者作為參數(shù)進行傳遞，那么就可以直接使用int這樣的基本數(shù)據(jù)類型；但如果想按照對象來進行操作處理，那么就要使用Integer來聲明一個對象。

但是如果你只能回答出這樣的答案，你在面試官的眼里只能算合格，還算不上優(yōu)秀，我們需要對Integer了解地更多一些。

2. 被final修飾的Integer類

為了搞清楚Integer的底層，我們就不得不研究一下它的源碼，我們來追蹤一下Integer源碼，如下圖所示：

從源碼中可以看出，Integer是Number的一個子類，且被final所修飾！請大家回顧一些之前講過的final知識點。

我們知道，被final修飾的類是常量類，該類不能被繼承，里面的方法不能被重寫，創(chuàng)建出的對象也不能被修改！總之，Integer符合final類的特征。

3. IntegerCache緩沖區(qū)

我們還記得，在Integer中有一個valueOf()方法，該方法可以將int值轉為Integer對象。接下來我們來看看該方法的實現(xiàn)源碼，如下圖所示：

從上圖的源碼截圖中我們可以看到，Integer中有一個緩沖區(qū)叫做IntegerCache，這是Integer中的一個內部類，如下圖所示：

我們可以看到，low就是-128，high等于127，這是緩沖區(qū)的最低和最高邊界。那么這個緩沖區(qū)的存在到底有什么用呢？大家別著急，我們先做幾個核心實驗。

4. 幾個核心實驗

為了能夠講清楚Integer的底層邏輯，小編給大家設計了如下代碼，用于驗證Integer的底層設計。

4.1 比較new出的兩個Integer對象

我們通過new對象的方式，來創(chuàng)建兩個Integer對象i和j，并比較這兩個對象。

//通過new生成的兩個Integer變量進行比較，結果為false
Integer i = new Integer(100);
Integer j = new Integer(100);
System.out.print(i == j); //false

從運行的結果中可以看出，通過new生成的兩個Integer對象永遠是不會相等的。這是因為new生成的是兩個對象，Integer變量實際上是對Integer對象的引用，這兩個對象的內存地址是不同的。

4.2 Integer對象和int變量進行比較

接下來我們在把一個Integer對象和int變量進行比較，如下：

Integer i = new Integer(100);
int j = 100;
System.out.print(i == j); //true

Integer變量和int變量進行比較時，只要兩個變量的值是相等的，結果就為true。這是因為Integer包裝類和int基本類型進行比較時，Java會進行自動拆箱操作，將Integer轉為了int，然后再進行比較，實際上就變?yōu)榱藘蓚€int變量的比較。本案例中兩者的值都是100，所以用“==”等號進行比較時自然就是相等的。

4.3 非new的Integer變量和new出的Integer變量進行比較

然后我們再把一個非new的Integer變量和new出的Integer變量進行比較，如下所示：

//非new生成的Integer變量和new Integer()生成的變量進行比較
Integer i = new Integer(100);
//自動裝箱
Integer j = 100;
System.out.print(i == j); //false

在這段代碼中，非new生成的Integer變量和new Integer()生成的變量進行比較時，結果卻為false ！這是因為非new生成Integer變量時，內部會調用valueOf()方法，進行自動裝箱操作，此時會把Integer變量的值指向Java常量池中的數(shù)據(jù)。而new Integer()生成的變量，則指向的是堆中新建的對象，兩者在內存中的地址是不同的。

4.4 兩個非new生成的Integer對象進行比較

接著我們再對兩個非new生成的Integer對象進行比較，如下所示：

//兩個非new生成的Integer對象進行比較
//i與j的取值范圍是在 -128~127 之間！
Integer i = 100;
Integer j = 100;
System.out.print(i == j); //true

//x與y的取值范圍不在 -128~127 之間！
Integer x = 200;
Integer y = 200;
System.out.print(x == y); //false

這段代碼中，兩個非new生成的Integer對象進行比較時，如果兩個變量的取值在 -128到127 之間，則比較結果為true；如果兩個變量的值不在此區(qū)間，則比較結果為false。 這又是為什么呢? 其實要想弄明白這個原因，我們只需要看看Integer類的valueOf()方法是怎么寫的就可以了。valueOf()方法源碼如下：

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

我們知道，valueOf(int i)方法可以將int值自動裝箱變成對應的Integer實例。 并且從這段源碼中我們可以看到其內部有一個if判斷，根據(jù)判斷結果的不同，會有2種不同的方式得到Integer對象：當arg大于等于-128且小于等于127時，則直接從緩存中返回一個已經存在的對象；如果參數(shù)的值不在這個范圍內，則new一個Integer對象返回，即要么new Integer，要么從int常量池中獲取 ！

之前我們構建Integer對象的傳統(tǒng)方式是直接 new 一個Integer對象，內部會調用構造器。但是根據(jù)實踐，我們發(fā)現(xiàn)大部分的數(shù)據(jù)操作都是集中在有限的、較小的數(shù)值范圍內。因而在JDK 1.5中，新增了一個靜態(tài)工廠方法valueOf(int i)。當我們進行Integer i=xxx 賦值操作時，Java內部會調用執(zhí)行這個valueOf()實現(xiàn)自動裝箱。而在調用valueOf()方法時，其內部會利用緩存機制，對取值在-128~127之間的int值進行緩存操作，這是在JDK 1.5 之后進行的一個可以明顯改善性能的提升 。 而按照Javadoc文檔，該緩存機制默認會緩存在 -128 到 127 之間的值，不在該區(qū)間的值并不會進行緩存。所以，給Integer i賦值的大小不同，比較的結果也可能會不同。

4.5 ==和equals的區(qū)別

最后我們再做一個實驗，來看看==與equals比較兩個Integer對象時有什么不同。

Integer x = 127;
Integer y = 127;

Integer m = 100000;
Integer n = 100000;

System.out.println("x == y: " + (x==y)); // true
System.out.println("m == n: " + (m==n)); // false

System.out.println("x.equals(y): " + x.equals(y)); // true
System.out.println("m.equals(n): " + m.equals(n)); // true

從該實驗中可以看出，==比較時，較小的兩個相同的Integer會返回true，較大的兩個相同的Integer會返回false。結合上面給大家的講解，你思考一下這是為什么？

5. 結論

通過以上的幾個核心實驗，可以給大家梳理出一個結論：

當我們利用”==“等號比較兩個Integer i 和 Integer j的值時，如果取值范圍是在-128~127之間，兩個相同的Integer值會返回true；如果不在該區(qū)間，兩個相同的Integer值會返回false。這是因為Integer是final類，編譯器把Integer i = 100; 自動變?yōu)镮nteger i = Integer.valueOf(100); 。為了節(jié)省內存， Integer.valueOf() 對于較小的數(shù)，始終會返回相同的實例對象，因此，==比較的結果就是true。

那么如果我們只是為了比較兩個Integer對象的值是否相等，而不是為了比較兩個對象的地址是否相同，在開發(fā)時請盡量使用equals()方法，而不是==！

并且我們現(xiàn)在還知道，在Java中有3種方式可以構造出一個Integer對象，代碼如下：

//方法1：
Integer i = new Integer(100);
//方法2：
Integer i = Integer.valueOf(100);
//方法3：
Integer i = 100；

實際上，方法2和方法3的本質是一樣的，所以開發(fā)時為了簡潔，我們一般是通過方法3來得到一個Integer對象。但是盡量不要使用方法1來構建Integer對象，這是因為方法1總是會創(chuàng)建一個新的 Integer 實例，而方法2和方法3則會盡可能地返回緩存的實例對象，以節(jié)省內存。

所以最終關于”int和Integer的區(qū)別有哪些“這道面試題的答案，如果你想拿到高分，就需要把Integer的底層原理也回答出來才行！如果你可以把以上內容都回答清楚，我相信單憑這一道題目，就足以讓面試官對你刮目相看！