深入理解 Java 的整型类型：如何实现 2+2=5？

Jerry Wang

发布于 2023-04-23 16:24:15

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发布于 2023-04-23 16:24:15

在开始关于 Java 的整型类型讨论之前，让我们先看下这段神奇的Java代码：

public static void main(String[] args) throws Exception {
      doSomethingMagic();
      System.out.printf("2 + 2 = %d", 2 + 2);
}

执行结果，控制台打印的内容：2 + 2 = 5

那么 doSomethingMagic 方法到底做了什么神奇的事情呢？

private static void doSomethingMagic() throws Exception {
   Class cache = Integer.class.getDeclaredClasses()[0];
   Field c = cache.getDeclaredField("cache");
   c.setAccessible(true);
   Integer[] array = (Integer[]) c.get(cache);
   array[132] = array[133];
}

所以这个例子其实包含了 Java 中整型类型 Integer 的一个知识点。

可能有的朋友对于 doSomethingMagic 里面的代码有点摸不着头脑，让我们先查看上图第17行 2 + 2 反编译出来的代码：

编译器将 2 + 2 的值先计算出来，等于 4.

最后 System.out.println 打印出来的值，实际上是 Integer.valueOf(4) 表达式的返回值。

那么我们进一步查看 JDK 里 Integer.valueOf 的实现：

上面的实现代码，从 830 行到 832行，逻辑是：如果 valueOf 方法调用的参数 i 在 IntegerCache.low 和 IntegerCache.high 之间，即位于 [-128, 127] 的闭区间，则直接从 IntegerCache 这个内部类的缓存数组里取出元素，作为方法的返回值。

只有当输入参数 i 不在 [-128,127] 区间内，才执行代码第 832 行，基于输入参数 i 创建一个新的 Integer 实例。

带着这个理念，我们再看 doSomethingMagic 的代码就清楚多了。

这段代码的作用是访问 Java Integer 类实现的某个内部类维护的缓存数组，对其中一个元素的值进行修改。具体解释如下：

Class cache = Integer.class.getDeclaredClasses()[0]：通过 Integer.class.getDeclaredClasses() 方法获取 Integer 类的所有内部类，然后 [0] 取出第一个内部类，也就是 Integer

IntegerCache 类的 Class 对象，并将其赋值给变量 cache. Integer

IntegerCache 类是 Java 8 引入的一个内部类，它用于缓存整数对象（Integer 类型的对象），默认缓存范围是 -128 到 127。

Field c = cache.getDeclaredField(“cache”): 接下来，通过 cache.getDeclaredField(“cache”) 方法获取 cache 字段的 Field 对象，并将其赋值给变量 c。该字段存储了 Integer 类的缓存数组。
c.setAccessible(true)：通过 c.setAccessible(true) 方法设置 c 字段的访问权限，以便可以通过反射来修改该字段的值。
Integer[] array = (Integer[]) c.get(cache)：通过 c.get(cache) 方法获取缓存数组的值，并将其强制转换为 Integer 类型的数组，然后将其赋值给变量 array.
array[132] = array[133]：最后，将缓存数组中下标为 133 的元素的值赋给下标为 132 的元素，从而修改了缓存数组中下标为 132 的元素的值。

我们从 Eclipse 调试器里发现，Integer 内部类的 cache 数组里，第 132 个元素的值为 4，第 133 个元素的值为 5. 本来 Integer.valueOf 方法，对于输入 4，从Integer 内部类缓存数组里，返回第 132 个元素的值，即 4.