你所不知道的Java之Integer
原创
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实参形参
前些天看到朋友圈分享了一片文章《Java函数的传参机制——你真的了解吗？》
有些触发，之前也研究过Java的Integer，所以写下本文，希望对你有所帮助。
交换
首先来看一个示例。
请用Java完成swap函数，交换两个整数类型的值。
public static void test() throws Exception {
Integer a = 1, b = 2;
swap(a, b);
System.out.println("a=" + a + ", b=" + b);
}
static void swap(Integer a, Integer b){
// 需要实现的部分
}第一次
如果你不了解Java对象在内存中的分配方式，以及方法传递参数的形式，你有可能会写出以下代码。
public static void swapOne(Integer a, Integer b) throws Exception {
Integer aTempValue = a;
a = b;
b = aTempValue;
}运行的结果显示a和b两个值并没有交换。
那么让我们来看一下上述程序运行时，Java对象在内存中的分配方式:
由此可以看到，在两个方法的局部变量表中分别持有的是对a、b两个对象实际数据地址的引用。
上面实现的swap函数，仅仅交换了swap函数里局部变量a和局部变量b的引用，并没有交换JVM堆中的实际数据。
所以main函数中的a、b引用的数据没有发生交换，所以main函数中局部变量的a、b并不会发生变化。
那么要交换main函数中的数据要如何操作呢？
第二次
根据上面的实践，可以考虑交换a和b在JVM堆上的数据值？
简单了解一下Integer这个对象，它里面只有一个对象级int类型的value用以表示该对象的值。
所以我们使用反射来修改该值，代码如下：
public static void swapTwo(Integer a1, Integer b1) throws Exception {
Field valueField = Integer.class.getDeclaredField("value");
valueField.setAccessible(true);
int tempAValue = valueField.getInt(a1);
valueField.setInt(a1, b1.intValue());
valueField.setInt(b1, tempAValue);
}运行结果，符合预期。
惊喜
上面的程序运行成后，如果我在声明一个Integer c = 1, d = 2;会有什么结果
示例程序如下：
public static void swapTwo(Integer a1, Integer b1) throws Exception {
Field valueField = Integer.class.getDeclaredField("value");
valueField.setAccessible(true);
int tempAValue = valueField.getInt(a1);
valueField.setInt(a1, b1.intValue());
valueField.setInt(b1, tempAValue);
}
public static void testThree() throws Exception {
Integer a = 1, b = 2;
swapTwo(a, b);
System.out.println("a=" + a + "; b=" + b);
Integer c = 1, d = 2;
System.out.println("c=" + c + "; d=" + d);
}输出的结果如下：
a=2; b=1
c=2; d=1惊喜不惊喜！意外不意外！刺激不刺激！
深入
究竟发生了什么？让我们来看一下反编译后的代码：
作者使用IDE工具，直接反编译了这个.class文件
public static void testThree() throws Exception {
Integer a = Integer.valueOf(1);
Integer b = Integer.valueOf(2);
swapTwo(a, b);
System.out.println("a=" + a + "; b=" + b);
Integer c = Integer.valueOf(1);
Integer d = Integer.valueOf(2);
System.out.println("c=" + c + "; d=" + d);
}在Java对原始类型int自动装箱到Integer类型的过程中使用了Integer.valueOf(int)这个方法了。
肯定是这个方法在内部封装了一些操作，使得我们修改了Integer.value后，产生了全局影响。
所有这涉及该部分的代码一次性粘完（PS：不拖拉的作者是个好码农）：
public class Integer{
/**
* @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);
}
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() {}
}
}如上所示Integer内部有一个私有静态类IntegerCache，该类静态初始化了一个包含了Integer.IntegerCache.low到java.lang.Integer.IntegerCache.high的Integer数组。
其中java.lang.Integer.IntegerCache.high的取值范围在[127~Integer.MAX_VALUE - (-low) -1]之间。
在该区间内所有的Integer.valueOf(int)函数返回的对象，是根据int值计算的偏移量，从数组Integer.IntegerCache.cache中获取，对象是同一个，不会新建对象。
所以当我们修改了Integer.valueOf(1)的value后，所有Integer.IntegerCache.cache[ 1 - IntegerCache.low ]的返回值都会变更。
我相信你们的智商应该理解了，如果不理解请在评论区call 10086。
好了，那么不在[IntegerCache.low~IntegerCache.high)的部分呢？
很显然，它们是幸运的，没有被IntegerCache缓存到，法外之民，每次它们的到来，都会new一边，在JVM上分配一块土（内）地（存）。
遐想
如果我把转换的参数换成类型换成int呢？
public static void testOne() throws Exception {
int a = 1, b = 2;
swapOne(a, b);
System.out.println("a=" + a + ", b=" + b);
}
static void swapOne(int a, int b){
// 需要实现的部分
}以作者目前的功力，无解。高手可以公众号留言，万分感谢！
至此swap部分已经讲完了。
1 + 1
首先让我们来看一下代码：
public static void testOne() {
int one = 1;
int two = one + one;
System.out.printf("Two=%d", two);
}请问输出是什么？
如果你肯定的说是2，那么你上面是白学了，请直接拨打95169。
我可以肯定的告诉你，它可以是[Integer.MIN_VALUE~Integer.MAX_VALUE]区间的任意一个值。
惊喜不惊喜！意外不意外！刺激不刺激！
让我们再撸（捋）一（一）串（遍）烧（代）烤（码）。
作者使用IDE工具，直接反编译了这个.class文件public static void testOne() { int one = 1; int two = one + one; System.out.printf("Two=%d", two); }
这里的变量two竟然没有调用Integer.valueOf(int)，跟想象的不太一样，我怀疑这是IDE的锅。
所以果断查看编译后的字节码。以下为摘录的部分字节码：
LDC "Two=%d"
ICONST_1
ANEWARRAY java/lang/Object
DUP
ICONST_0
ILOAD 2
INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
AASTORE
INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.printf (Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Object;)Ljava/io/PrintStream;
POP可以看出确实是IDE的锅，这里不仅调用了一次Integer.valueOf(int)，而且还创建一个Object的数组。
完整的Java代码应该是如下所示：
public static void testOne() {
int one = 1;
int two = one + one;
Object[] params = { Integer.valueOf(two) };
System.out.printf("Two=%d", params);
}所以只要在方法调用前修改Integer.IntegerCache.cache[2+128]的值就可以了，所以在类的静态初始化部分加些代码。
public class OnePlusOne {
static {
try {
Class<?> cacheClazz = Class.forName("java.lang.Integer$IntegerCache");
Field cacheField = cacheClazz.getDeclaredField("cache");
cacheField.setAccessible(true);
Integer[] cache = (Integer[]) cacheField.get(null);
//这里修改为 1 + 1 = 3
cache[2 + 128] = new Integer(3);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void testOne() {
int one = 1;
int two = one + one;
System.out.printf("Two=%d", two);
}
}two == 2 ？
在修改完Integer.IntegerCache.cache[2 + 128]的值后，变量two还等于2么？
public static void testTwo() {
int one = 1;
int two = one + one;
System.out.println(two == 2);
System.out.println(Integer.valueOf(two) == 2);
}上述代码输出如下
true false
因为two == 2不涉及到Integer装箱的转换，还是原始类型的比较，所以原始类型的2永远等于2。
Integer.valueOf(two)==2的真实形式是Integer.valueOf(two).intValue == 2，即3==2，所以是false。
这里可以看到如果拿一个值为null的Integer变量和一个int变量用双等号比较，会抛出NullPointException。
这里的方法如果换成System.out.println("Two=" + two)的形式会有怎样的输出？你可以尝试一下。
后记
XCache
类 | 是否有Cache | 最小值 | 最大值 |
|---|---|---|---|
Boolean | 无 | -- | -- |
Byte | ByteCache | -128 | 127(固定) |
Short | ShortCache | -128 | 127(固定) |
Character | CharacterCache | 0 | 127(固定) |
Integer | IntegerCache | -128 | java.lang.Integer.IntegerCache.high |
Long | LongCache | -128 | 127(固定) |
Float | 无 | -- | -- |
Double | 无 | -- | -- |
java.lang.Integer.IntegerCache.high
看了IntegerCache类获取high的方法sun.misc.VM.getSavedProperty，可能大家会有以下疑问，我们不拖沓，采用一个问题一解答的方式。
1. 这个值如何如何传递到JVM中？
和系统属性一样在JVM启动时，通过设置-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=xxx传递进来。
2. 这个方法和System.getProperty有什么区别？
为了将JVM系统所需要的参数和用户使用的参数区别开，
java.lang.System.initializeSystemClass在启动时，会将启动参数保存在两个地方：
2.1 sun.misc.VM.savedProps中保存全部JVM接收的系统参数。
JVM会在启动时，调用java.lang.System.initializeSystemClass方法，初始化该属性。
同时也会调用sun.misc.VM.saveAndRemoveProperties方法，从java.lang.System.props中删除以下属性：
- sun.nio.MaxDirectMemorySize
- sun.nio.PageAlignDirectMemory
- sun.lang.ClassLoader.allowArraySyntax
- java.lang.Integer.IntegerCache.high
- sun.zip.disableMemoryMapping
- sun.java.launcher.diag 以上罗列的属性都是JVM启动需要设置的系统参数，所以为了安全考虑和隔离角度考虑，将其从用户可访问的System.props分开。
2.2 java.lang.System.props中保存除了以下JVM启动需要的参数外的其他参数。
- sun.nio.MaxDirectMemorySize
- sun.nio.PageAlignDirectMemory
- sun.lang.ClassLoader.allowArraySyntax
- java.lang.Integer.IntegerCache.high
- sun.zip.disableMemoryMapping
- sun.java.launcher.diag
PS：作者使用的JDK 1.8.0_91
Java 9的IntegerCache
幻想一下，如果以上淘气的玩法出现在第三方的依赖包中，绝对有一批程序员会疯掉（请不要尝试这么恶劣的玩法，后果很严重）。
庆幸的是Java 9对此进行了限制。可以在相应的module中编写module-info.java文件，限制了使用反射来访问成员等，按照需要声明后，代码只能访问字段、方法和其他用反射能访问的信息，只有当类在相同的模块中，或者模块打开了包用于反射方式访问。详细内容可参考一下文章：
在 Java 9 里对 IntegerCache 进行修改？
感谢Lydia和飞鸟的宝贵建议和辛苦校对。
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