Integer源码解析

前言

今天我们来分析一下Integer源码。

Integer是八种包装类里面的比较常用的一种。那在使用时有什么注意及学习的地方呢？

让我们一起来看一下

分析

Integer是包java.lang下的一个类。

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
//code
}

其被定义成final类型，继承Number类实现Comparable接口。

@Native public static final int   MIN_VALUE = 0x80000000;
@Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;
public static final Class<Integer>  TYPE = (Class<Integer>) Class.getPrimitiveClass("int");

可以看出，其定义了Integer的最大值为2^31-1，最小值为-2^31。Integer的基本数据类型为int。

我们来看一下Integer的toString方法，是比较有趣的。

public static String toString(int i) {
    if (i == Integer.MIN_VALUE)
        return "-2147483648";
    int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);
    char[] buf = new char[size];
    getChars(i, size, buf);
    return new String(buf, true);
}

方法中使用到了stringSize函数，就是求这个Integer数的长度，我们来看看他是如何实现的。

final static int [] sizeTable = { 9, 99, 999, 9999, 99999, 999999, 9999999,
                                  99999999, 999999999, Integer.MAX_VALUE };

// Requires positive x
static int stringSize(int x) {
    for (int i=0; ; i++)
        if (x <= sizeTable[i])
            return i+1;
}

可以看到这段代码在计算Integer数长度时，构建了一个一维数组，然后拿x与数组每个值进行比较。而未使用我们经常说的除法或乘法计算长度。我们可以看下源码里的注释。

// I use the "invariant division by multiplication" trick to
// accelerate Integer.toString.  In particular we want to
// avoid division by 10.
//
// The "trick" has roughly the same performance characteristics
// as the "classic" Integer.toString code on a non-JIT VM.
// The trick avoids .rem and .div calls but has a longer code
// path and is thus dominated by dispatch overhead.  In the
// JIT case the dispatch overhead doesn't exist and the
// "trick" is considerably faster than the classic code.
//
// TODO-FIXME: convert (x * 52429) into the equiv shift-add
// sequence.
//
// RE:  Division by Invariant Integers using Multiplication
//      T Gralund, P Montgomery
//      ACM PLDI 1994

我们知道计算机在计算除法效率要比加减乘法低。所以为了避免除法，提高计算效率，采用此种方法。

正好我们可以看看Long的toString方法里的stringSize方法。

// Requires positive x
static int stringSize(long x) {
    long p = 10;
    for (int i=1; i<19; i++) {
        if (x < p)
            return i;
        p = 10*p;
    }
    return 19;
}

可以看到使用了乘法。你或许会问为什么没有像Integer那样构建一个数组去比较？额，如果要构造数组，那要构造一个19位的数组，里面有1-19位的数，代码写起来很多很臃肿吧，而且构造好的数组会长期放在内存中，我们知道，在实际应用中，Integer的使用频率要比Long高多了，长期让Long里面的一个数组占据内存空间也不太合理。以上是我个人见解。

我们再来看一下parseInt方法。

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.
     */

    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");
    }

    int result = 0;
    boolean negative = false;
    int i = 0, len = s.length();
    int limit = -Integer.MAX_VALUE;
    int multmin;
    int digit;

    if (len > 0) {
        char firstChar = s.charAt(0);
        if (firstChar < '0') { // Possible leading "+" or "-"
            if (firstChar == '-') {
                negative = true;
                limit = Integer.MIN_VALUE;
            } else if (firstChar != '+')
                throw NumberFormatException.forInputString(s);

            if (len == 1) // Cannot have lone "+" or "-"
                throw NumberFormatException.forInputString(s);
            i++;
        }
        multmin = limit / radix;
        while (i < len) {
            // Accumulating negatively avoids surprises near MAX_VALUE
            digit = Character.digit(s.charAt(i++),radix);
            if (digit < 0) {
                throw NumberFormatException.forInputString(s);
            }
            if (result < multmin) {
                throw NumberFormatException.forInputString(s);
            }
            result *= radix;
            if (result < limit + digit) {
                throw NumberFormatException.forInputString(s);
            }
            result -= digit;
        }
    } else {
        throw NumberFormatException.forInputString(s);
    }
    return negative ? result : -result;
}

我们可以看到此方法首先进行异常处理，然后判断传入String是否有正负号，然后截取位数，使用乘法，用减法得到int值，然后判断正负并返回结果。

我们再来看下Integer的内部类IntegerCache。

这儿可以说是一个坑，也是比较有意思的地方。

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() {}
}

很容易理解这段代码，初始化Integer后，IntegerCache会缓存[-128,127]之间的数据，这个区间的上限可以配置，取决于java.lang.Integer.IntegerCache.high这个属性，这个属性在VM参数里为-XX:AutoBoxCacheMax=2000进行设置调整或者VM里设置-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=2000。所以Integer在初始化完成后会缓存[-128,max]之间的数据。

并且我们可以看到valueOf方法。

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

可以看到valueOf方法，在cache范围内，返回的是缓存的值，是相同的对象，不在cache范围内，才会新建Integer。

由于有了Integer缓存，我们可以测试以下代码。

Integer a=1;
Integer b=1;
Integer c=new Integer(1);
Integer d=1000;
Integer e=1000;
System.out.println(a==b);
System.out.println(b==c);
System.out.println(d==e);

可以看到结果为true,false,false。

这样，我们在比较Integer时，如果仅仅比较值相等，建议使用equals方法比较。

我们可以看下Integer的equals方法。

public boolean equals(Object obj) {
    if (obj instanceof Integer) {
        return value == ((Integer)obj).intValue();
    }
    return false;
}

可以看到它会先判断类型是否符合，然后进行拆箱比较操作。

同样，在Long，Byte，Short，我们也可以看到缓存，其缓存数据长度均是-128到127。

//Long
   private static class LongCache {
       private LongCache(){}

       static final Long cache[] = new Long[-(-128) + 127 + 1];

       static {
           for(int i = 0; i < cache.length; i++)
               cache[i] = new Long(i - 128);
       }
   }
   //Byte
   private static class ByteCache {
       private ByteCache(){}

       static final Byte cache[] = new Byte[-(-128) + 127 + 1];

       static {
           for(int i = 0; i < cache.length; i++)
               cache[i] = new Byte((byte)(i - 128));
       }
   }
   //Short
   private static class ShortCache {
       private ShortCache(){}

       static final Short cache[] = new Short[-(-128) + 127 + 1];

       static {
           for(int i = 0; i < cache.length; i++)
               cache[i] = new Short((short)(i - 128));
       }
   }

关于缓存的意义：在该范围内数据比较常用，添加缓存提高性能。不用每次都新建，浪费系统资源。

同时根据Integer的hashCode方法，我们可以看到，Integer的hashCode返回本身的int值。

@Override
public int hashCode() {
    return Integer.hashCode(value);
}

结论

以上就是Integer的源码分析，可以看到，对于偏底层的一些调用频繁的类，Java都做了很多方面的优化。包括从性能及内存开销等诸多方面。是值得我们学习和理解的。