本文將介紹 Java 中 Integer 快取的相關知識。這是 Java 5 中引入的一個有助於節省記憶體、提高效能的特性。
首先看一個使用 Integer 的示例程式碼，展示了 Integer 的快取行為。接著我們將學習這種實現的原因和目的。

你可以先猜猜下面 Java 程式的輸出結果。很明顯，這裡有一些小陷阱，這也是我們寫這篇文章的原因。

    /**
     * 測試Integer的快取 IntegerCache.cache
     */
    private static void testIntegerCache() {
        System.out.println("---int---");
        int a = 127, b = 127;
        System.out.println(a == b);         //true
        a = 128;
        b = 128;
        System.out.println(a == b);         //true

        System.out.println("---Integer---");
        Integer aa = 127, bb = 127;
        System.out.println(aa == bb);       //true
        aa = 128;
        bb = 128;
        System.out.println(aa == bb);       //false
        System.out.println(aa.equals(bb));  //true
    }
 

執行結果就如同上面的那樣，我就不貼圖來展示啦，我把原文的例子給換成自己的了。

在 Java 5 中，為 Integer 的操作引入了一個新的特性，用來節省記憶體和提高效能。整型物件在內部實現中通過使用相同的物件引用實現了快取和重用。

上面的規則適用於整數區間 -128 到 +127。

這種 Integer 快取策略僅在自動裝箱（autoboxing）的時候有用，使用構造器建立的 Integer 物件不能被快取。

Java 編譯器把原始型別自動轉換為封裝類的過程稱為自動裝箱（autoboxing），這相當於呼叫 valueOf 方法

Integer a = 10; //this is autoboxing
Integer b = Integer.valueOf(10); //under the hood

現在我們知道了 JDK 原始碼中對應實現的部分在哪裡了。我們來看看 valueOf 的原始碼。下面是 JDK 1.8.0 build 25 中的程式碼。

    /**
     * Returns an {@code Integer} instance representing the specified
     * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not
     * required, this method should generally be used in preference to
     * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely
     * to yield significantly better space and time performance by
     * caching frequently requested values.
     *
     * This method will always cache values in the range -128 to 127,
     * inclusive, and may cache other values outside of this range.
     *
     * @param  i an {@code int} value.
     * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}.
     * @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);
    }
 

在建立新的 Integer 物件之前會先在 IntegerCache.cache (是個Integer型別的陣列)中查詢。有一個專門的 Java 類來負責 Integer 的快取。

IntegerCache 類

IntegerCache 是 Integer 類中一個私有的靜態類。我們來看看這個類，有比較詳細的文件，可以提供我們很多資訊。

    /**
     * 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 {@code -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.
     */

    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() {}
    }

Javadoc 詳細的說明這個類是用來實現快取支援，並支援 -128 到 127 之間的自動裝箱過程。最大值 127 可以通過 JVM 的啟動引數 -XX:AutoBoxCacheMax=size 修改。 快取通過一個 for 迴圈實現。從小到大的建立儘可能多的整數並存儲在一個名為 cache 的整數陣列中。這個快取會在 Integer 類第一次被使用的時候被初始化出來。以後，就可以使用快取中包含的例項物件，而不是建立一個新的例項(在自動裝箱的情況下)。

實際上在 Java 5 中引入這個特性的時候，範圍是固定的 -128 至 +127。後來在 Java 6 中，最大值對映到 java.lang.Integer.IntegerCache.high，可以使用 JVM 的啟動引數設定最大值。這使我們可以根據應用程式的實際情況靈活地調整來提高效能。是什麼原因選擇這個 -128 到 127 這個範圍呢？因為這個範圍的整數值是使用最廣泛的。 在程式中第一次使用 Integer 的時候也需要一定的額外時間來初始化這個快取。

Java 語言規範中的快取行為

在 Boxing Conversion 部分的Java語言規範(JLS)規定如下：
如果一個變數 p 的值屬於：-128至127之間的整數(§3.10.1這個估計是版本號吧)，true 和 false的布林值 (§3.10.3)，’u0000′ 至 ‘u007f’ 之間的字元(§3.10.4)中時，將 p 包裝成 a 和 b 兩個物件時，可以直接使用 a == b 判斷 a 和 b 的值是否相等。

其他快取的物件
這種快取行為不僅適用於Integer物件。我們針對所有整數型別的類都有類似的快取機制。
有 ByteCache 用於快取 Byte 物件
有 ShortCache 用於快取 Short 物件
有 LongCache 用於快取 Long 物件
有 CharacterCache 用於快取 Character 物件
Byte，Short，Long 有固定範圍: -128 到 127。對於 Character, 範圍是 0 到 127。除了 Integer 可以通過引數改變範圍外，其它的都不行。

原文：http://javapapers.com/java/java-integer-cache/