• 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

    AllCacheDemo

    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

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