OpenJDK源码研究笔记(五)-缓存Integer等类型的频繁使用的数据和对象，大幅度提升性能(一道经典的Java笔试题)

摘要

本文先给出一个看似很简单实则有深意的Java笔试面试题，引出JDK内部的缓存。

JDK内部的缓存，主要是为了提高Java程序的性能。

你能答对这道“看似简单，实则有深意”的Java题目？

我们首先来看一个简单的程序：

public class IntCacheDemo {

    /**
     * 一道经典的Java笔试面试题
     */
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 2013;
        Integer b = 2013;
        if (a == b) {
            System.out.println("a==b");
        } else if (a.equals(b)) {
            System.out.println("a equals b");
        }

        Integer c = 24;
        Integer d = 24;
        if (c == d) {
            System.out.println("c==d");
        } else if (a.equals(b)) {
            System.out.println("c equals d");
        }
    }

}

程序运行结果

a equals b
c==d

解释说明

Integer等包装类型是引用类型，引用类型的对象之间的==比较，是比较2个引用是否指向同一个对象。

因此，a==b不成立，a equals b成立，是很容易理解的。

容易产生误解的是c==d竟然成立，你敢信？

这是因为JDK内部默认会对-128到127之间的整数，进行缓存，2个对象其实是同一个，因此c和d这2个引用指向同一个对象。

JDK内部缓存

/**

     *缓存，为了支持从-128到127（包含）的自动包装类型的“对象同一性语义”，这是Java语言规范所规定的。

     *缓存，在第一次使用的时候初始化。缓存的大小可以通过“-XX:AutoBoxCacheMax=<size>”选项控制。

     *在VM初始化期间，java.lang.Integer.IntegerCache.high属性可以被设置和保存在私有的系统属性sun.misc.VM class中。

     */

     /**(担心翻译不够准确，误导大众，特给出英文注释)
     * 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 -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.
     */

     // IntegerCache，一个内部类，注意它的属性都是定义为static final   

    private static class IntegerCache {

        //缓存的下界，-128，不可变
        static final int low = -128;

        //缓存上界，暂为null
        static final int high;

        //缓存的整型数组   

        static final Integer cache[];

        static {
            // 缓存上届，可以通过JVM属性来配置
            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);
                //最大的数组值是Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low));
            }
            high = h;

            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for (int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);
        }

        private IntegerCache() {
        }
    }

    //128到127之间的是有缓存的
    public static Integer valueOf(int i) {
        assert IntegerCache.high >= 127;
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }

疑问：为什么上界high是可以配置的，而下界low却不能？

类似的内部缓存还有

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));
        }
    }

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));
        }
    }

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);
        }
    }

private static class CharacterCache {
        private CharacterCache(){}

        static final Character cache[] = new Character[127 + 1];

        static {
            for (int i = 0; i < cache.length; i++)
                cache[i] = new Character((char)i);
        }
    }

更多JDK内部缓存不再一一列出，有兴趣的可以自行查看JDK源码，或者OpenJDK源码。

代码示例

public class AllCacheDemo {

    /**
     * 演示JDK内部缓存
     */
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 28;
        Integer b = 28;
        println(a == b);

        Byte c = 25;
        Byte d = 25;
        println(c==d);

        Short p=12;
        Short q=12;
        println(p==q);

        Long x=127L;
        Long y=127L;
        println(x==y);

        Character m='M';
        Character n='M';
        println(m==n);
    }

    public static void println(Object o){
        System.out.println(o);
    }

}

运行结果

有兴趣的同学，自己去执行下上面的这段程序。

结束语

OpenJDK源码中，包含了IntegerCache、LongCache、ShortCache、ByteCache、CharacterCache等很多类型的内部用的缓存。

这些缓存，对提高Java程序的性能有着很重要的作用。

JDK几乎是一切Java程序的基础，因此OpenJDK源码值得研究和学习。

未来计划

在过年放假之前的3个月中，FansUnion将给大家带来OpenJDK源码研究20+篇系列文章。

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原文参见：http://FansUnion.cn/articles/2848