【JDK】：java.lang.Integer源码解析

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本文对JDK8中的java.lang.Integer包装类的部分数值缓存技术、valueOf()、stringSize()、toString()、getChars()、parseInt()等进行简要分析。

Integer缓存

先来看一段代码：

Integer a1 = Integer.valueOf(13);
Integer a2 = Integer.valueOf(13);
Integer a3 = Integer.valueOf(133);
Integer a4 = Integer.valueOf(133);System.out.println(a1 == a2); // 输出 true
System.out.println(a3 == a4); // 输出 false

两个输出语句具有不同的输出，在于Integer使用了一个静态内部类（嵌套类），里面包含了一个缓存数组cache[]，默认情况下，[-128, 127]之间的整数会在第一次使用时（类加载时）被自动装箱，放在cache[]数组里。区间的上限值high设置JVM参数-XX:AutoBoxCacheMax来改变，默认情况下参数为127（byte类型的范围），存储在java.lang.Integer.IntegerCache.high属性中。

// 静态内部类实现[-128, 127]的缓存
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[]; static {
// high 值通过JVM进行设置，默认为127
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);
// 最大缓存上限 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() {}
}

而使用Integer.valueOf()进行构造时，就使用了cache[]缓存数组。因此使用该方法构造的Integer对象如果在缓存区间内，会直接返回cache[]数组内的相应的引用，自然就是同一个对象；否则将生成一个全新的Integer对象。与此对应的，如果使用构造函数Integer()直接构造，根本没有使用到缓存数组，生成的一定是全新的Integer对象。因此使用Integer.valueOf()构造能够节省资源，提高效率。

// 使用cache[]数组构造
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
} // 使用构造函数构造
public Integer(int value) {
this.value = value;
}

stringSize()

这个函数不是个public权限的函数，作为内部工具方法使用。这个方法的实现是很巧妙的，避免除法、求余等，判断条件简单，效率高（采用静态field分析，而不是负责逻辑判断可以明显提高效果）。（int 最大长只有10）

final static int [] sizeTable = { 9, 99, 999, 9999, 99999, 999999, 9999999,
99999999, 999999999, Integer.MAX_VALUE }; // Requires positive x 参数必须为正数
static int stringSize(int x) {
for (int i=0; ; i++)
if (x <= sizeTable[i])
return i+1;
}

toString(int i , int radix)

一个整数在给定进制的字符串表示。

public static String toString(int i, int radix) {
if (radix < Character.MIN_RADIX || radix > Character.MAX_RADIX)
radix = 10; /* 如果是10进制，使用更加快速的转换方式 */
if (radix == 10) {
return toString(i);
} char buf[] = new char[33];
boolean negative = (i < 0);
int charPos = 32; // int占4个字节，32bit // 以负数为基准进行处理
if (!negative) {
i = -i;
} // 代码的简洁！！ radix为进制，最小为2，最高位36
while (i <= -radix) {
buf[charPos--] = digits[-(i % radix)];
i = i / radix;
}
buf[charPos] = digits[-i];
// 负数的符号位
if (negative) {
buf[--charPos] = '-';
} return new String(buf, charPos, (33 - charPos));
}

上面的代码使用了一个final static 的字符数组digits[]，直接根据i与进制radix的求余结果从digits[]里面取值，提高运算效率。

/** 所有可能代表数字的字符，最高支持36进制
* All possible chars for representing a number as a String
*/
final static char[] digits = {
'0' , '1' , '2' , '3' , '4' , '5' ,
'6' , '7' , '8' , '9' , 'a' , 'b' ,
'c' , 'd' , 'e' , 'f' , 'g' , 'h' ,
'i' , 'j' , 'k' , 'l' , 'm' , 'n' ,
'o' , 'p' , 'q' , 'r' , 's' , 't' ,
'u' , 'v' , 'w' , 'x' , 'y' , 'z'
};

toString()

toString()方法返回当前Integer对象的字符串表示。可能有人觉得上面的toString(int i, int radix)已经是通用算法了，但是JDK在并没有这样(即radix是10的情况），而是采用了效率更高的方法。

public String toString() {
return toString(value);
} // toString()的调用方法
// 必须先判断Integer.MIN_VALUE，因为getChars()方法中使用了i=-i
// 以负数为基准，对于i=Integer.MIN_VALUE将会产生溢出
public static String toString(int i) {
if (i == Integer.MIN_VALUE)
return "-2147483648";
// 获取字符串表示的字符串长度，考虑了负数的符号位
int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);
// 将Integer数读入到char[]数组
char[] buf = new char[size];
getChars(i, size, buf);
return new String(buf, true);
}

这个算法的核心是getChars的实现，即将一个整数高效地逐位存入一个char数组中。

// 核心代码，从后向前将Integer读入char[]字符表示数组，如果i = MIN_VALUE将会发生大数溢出
// fail if i == Integer.MIN_VALUE
static void getChars(int i, int index, char[] buf) {
int q, r;
int charPos = index;
char sign = 0; if (i < 0) {
sign = '-';
i = -i;
} // 处理超过2的16次方的大数
// Generate two digits per iteration
while (i >= 65536) {
q = i / 100;
// really: r = i - (q * 100);
r = i - ((q << 6) + (q << 5) + (q << 2));
i = q;
buf [--charPos] = DigitOnes[r]; // 个位上的数字
buf [--charPos] = DigitTens[r]; // 十位上的数字
} // 处理小于2的16次方的数
// Fall thru to fast mode for smaller numbers
for (;;) {
q = (i * 52429) >>> (16+3); // 达到q=i/10的效果
r = i - ((q << 3) + (q << 1)); // r = i-(q*10) ...
buf [--charPos] = digits [r];
i = q;
if (i == 0) break;
} // 符号判断
if (sign != 0) {
buf [--charPos] = sign;
}
}

// 个位上的数字数组
final static char [] DigitTens = {
'0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0',
'1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1',
'2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2',
'3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3',
'4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4',
'5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5',
'6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6',
'7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7',
'8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8',
'9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9',
} ; // 十位上的数字数组
final static char [] DigitOnes = {
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
} ;

getChars()分别对int型的高位的两个字节、低位的两个字节进行遍历。while部分的思想是，DigitOnes是代表个位，DigitTens代表十位，每次r可以迭代两位（r就是除以100的余数），每次找出两位数，这样有效的减少了乘除法的次数。至于移位运算，是为了提高运算速度，q*100 = q*(2^6) +q*(2^5) + q*(2^2) = 64q+32q+4q.

for循环部分，q得到i截断个位的值(q = i / 10 )。至于采用上述复杂的移位的目的是提高速度(>>>无符号右移)。q=i*(52429/216)/23≈≈i*0.1。因为这里要用i*52429>>>16更精确的表示乘以十分之八的作用，而高位的两个字节的数再乘会溢出，所以源码里进行了高位与低位用两种方式分开循环。

parseInt()

将String转为Int，相关的编程题参加剑指offer（56）：表示数值的字符串

public static int parseInt(String s) throws NumberFormatException {
return parseInt(s,10);
}

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;
}

源码中注意的几点：

所有的运算都是基于负数的。在toString也提到过，因为将Integer.MIN_VALUE直接变换符号会导致数值溢出。
溢出的判断技巧。multmin = limit / radix 这个数的控制，可以在乘法计算之前可判断计算之后是否溢出。同理，result < limit + digit 可在减法之前判断计算后是否溢出。

转载自： https://blog.csdn.net/u011080472/article/details/51406198