在閱讀《阿里巴巴Java開發手冊》時，發現有一條關於整型包裝類物件之間值比較的規約，具體內容如下：

這條建議非常值得大家關注， 而且該問題在 Java 面試中十分常見。

還需要思考以下幾個問題：

1. 如果不看《阿里巴巴Java開發手冊》，如何知道 Integer var = ? 會快取 -128 到 127 之間的賦值？
2. 為什麼會快取這個範圍的賦值？
3. 如何學習和分析類似的問題？

Integer 快取問題分析

先看下面的示例程式碼，並思考該段程式碼的輸出結果：

public class IntegerTest {
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 100, b = 100, c = 666, d = 666;
        System.out.println(a == b);
        System.out.println(c == d);
    }
}
 

通過執行程式碼可以得到答案，程式輸出的結果分別為： true , false。

那麼為什麼答案是這樣？

結合《阿里巴巴Java開發手冊》的描述很多人可能會回答：因為快取了 -128 到 127 之間的數值，就沒有然後了。

那麼為什麼會快取這一段區間的數值？快取的區間可以修改嗎？其它的包裝型別有沒有類似快取？

接下來，讓我們一起進行分析。

原始碼分析法

首先我們可以通過原始碼對該問題進行分析。

我們知道，Integer var = ? 形式宣告變數，會通過 java.lang.Integer#valueOf(int) 來構造 Integer 物件。

怎麼知道會呼叫 valueOf() 方法呢？

大家可以通過打斷點，執行程式後會調到這裡。

先看 java.lang.Integer#valueOf(int) 原始碼：

/**
 * 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);
}
 

通過原始碼可以看出，如果用 Ineger.valueOf(int) 來建立整數物件，引數大於等於整數快取的最小值（ IntegerCache.low ）並小於等於整數快取的最大值（ IntegerCache.high）, 會直接從快取陣列 (java.lang.Integer.IntegerCache#cache) 中提取整數物件；否則會 new 一個整數物件。在 JDK9 直接把 new 的構造方法標記為 deprecated，推薦使用 valueOf()，合理利用快取，提升程式效能。

那麼這裡的快取最大和最小值分別是多少呢？

從上述註釋中我們可以看出，最小值是 -128, 最大值是 127。

那麼為什麼會快取這一段區間的整數物件呢？

通過註釋我們可以得知：如果不要求必須新建一個整型物件，快取最常用的值（提前構造快取範圍內的整型物件），會更省空間，速度也更快。

這給我們一個非常重要的啟發：

如果想減少記憶體佔用，提高程式執行的效率，可以將常用的物件提前快取起來，需要時直接從快取中提取。

那麼我們再思考下一個問題： Integer 快取的區間可以修改嗎？

通過上述原始碼和註釋我們還無法回答這個問題，接下來，我們繼續看 java.lang.Integer.IntegerCache 的原始碼：

/**
 * 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");
           // 省略其它程式碼
    }
      // 省略其它程式碼
}

通過 IntegerCache 程式碼和註釋我們可以看到，最小值是固定值 -128， 最大值並不是固定值，快取的最大值是可以通過虛擬機器引數 -XX:AutoBoxCacheMax=} 或 -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high= 來設定的，未指定則為 127。

因此可以通過修改這兩個引數其中之一，讓快取的最大值大於等於 666。

如果作出這種修改，示例的輸出結果便會是： true,true。

學到這裡是不是發現，對此問題的理解和最初的想法有些不同呢？

這段註釋也解答了為什麼要快取這個範圍的資料：

是為了自動裝箱時可以複用這些物件 ，這也是 JLS2 的要求。

我們可以參考 JLS 的 Boxing Conversion 部分的相關描述。

If the valuepbeing boxed is an integer literal of type intbetween -128and 127inclusive (§3.10.1), or the boolean literal trueorfalse(§3.10.3), or a character literal between '\u0000'and '\u007f'inclusive (§3.10.4), then let aand bbe the results of any two boxing conversions of p. It is always the case that a==b.

在 -128 到 127 （含）之間的 int 型別的值，或者 boolean 型別的 true 或 false， 以及範圍在’\u0000’和’\u007f’ （含）之間的 char 型別的數值 p， 自動包裝成 a 和 b 兩個物件時， 可以使用 a == b 判斷 a 和 b 的值是否相等。

反編譯法

那麼究竟 Integer var = ? 形式宣告變數，是不是通過 java.lang.Integer#valueOf(int) 來構造 Integer 物件呢？ 總不能都是猜測 N 個可能的函式，然後斷點除錯吧？

如果遇到其它類似的問題，沒人告訴我底層呼叫了哪個方法，該怎麼辦？

這類問題，可以通過對編譯後的 class 檔案進行反編譯來檢視。

首先編譯原始碼：javac IntegerTest.java

然後需要對程式碼進行反編譯，執行：javap -c IntegerTest

如果想了解 javap 的用法，直接輸入 javap -help 檢視用法提示（很多命令列工具都支援 -help 或 --help 給出用法提示）。

反編譯後，我們得到以下程式碼：

Compiled from "IntegerTest.java"
public class com.wupx.demo.IntegerTest {
  public com.wupx.demo.IntegerTest();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: bipush        100
       2: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
       5: astore_1
       6: bipush        100
       8: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
      11: astore_2
      12: sipush        666
      15: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
      18: astore_3
      19: sipush        666
      22: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
      25: astore        4
      27: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      30: aload_1
      31: aload_2
      32: if_acmpne     39
      35: iconst_1
      36: goto          40
      39: iconst_0
      40: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
      43: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      46: aload_3
      47: aload         4
      49: if_acmpne     56
      52: iconst_1
      53: goto          57
      56: iconst_0
      57: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
      60: return
}

可以明確得 "看到" 這四個 `Integer var = ? 形式宣告的變數的確是通過 java.lang.Integer#valueOf(int) 來構造 Integer 物件的。

接下來對編譯後的程式碼進行詳細分析，如果看不懂可略過：

根據《Java Virtual Machine Specification : Java SE 8 Edition》3，後縮寫為 JVMS , 第 6 章 虛擬機器指令集的相關描述以及《深入理解 Java 虛擬機器》4 414-149 頁的 附錄 B “虛擬機器位元組碼指令表”。 我們對上述指令進行解讀：

偏移為 0 的指令為：bipush 100 ，其含義是將單位元組整型常量 100 推入運算元棧的棧頂；

偏移為 2 的指令為：invokestatic #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; 表示呼叫一個 static 函式，即 java.lang.Integer#valueOf(int)；

偏移為 5 的指令為：astore_1 ，其含義是從運算元棧中彈出物件引用，然後將其存到第 1 個區域性變數 Slot 中；

偏移 6 到 25 的指令和上面類似；

偏移為 30 的指令為 aload_1 ，其含義是從第 1 個區域性變數 Slot 取出物件引用（即 a），並將其壓入棧；

偏移為 31 的指令為 aload_2 ，其含義是從第 2 個區域性變數 Slot 取出物件引用（即 b），並將其壓入棧；

偏移為 32 的指令為 if_acmpn，該指令為條件跳轉指令，if_ 後以 a 開頭表示物件的引用比較。

由於該指令有以下特性：

if_acmpeq 比較棧兩個引用型別數值，相等則跳轉
if_acmpne 比較棧兩個引用型別數值，不相等則跳轉
由於 Integer 的快取問題，所以 a 和 b 引用指向同一個地址，因此此條件不成立（成立則跳轉到偏移為 39 的指令處），執行偏移為 35 的指令。

偏移為 35 的指令: iconst_1，其含義為將常量 1 壓棧（ Java 虛擬機器中 boolean 型別的運算型別為 int ，其中 true 用 1 表示，詳見 2.11.1 資料型別和 Java 虛擬機器。

然後執行偏移為 36 的 goto 指令，跳轉到偏移為 40 的指令。

偏移為 40 的指令：invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V。

可知引數描述符為 Z ，返回值描述符為 V。

根據 4.3.2 欄位描述符 ，可知 FieldType 的字元為 Z 表示 boolean 型別， 值為 true 或 false。
根據 4.3.3 欄位描述符 ，可知返回值為 void。

因此可以知，最終呼叫了 java.io.PrintStream#println(boolean) 函式列印棧頂常量即 true。

然後比較執行偏移 43 到 57 之間的指令，比較 c 和 d， 列印 false 。

執行偏移為 60 的指令，即 retrun ，程式結束。

可能有些朋友會對反編譯的程式碼有些抵觸和恐懼，這都是非常正常的現象。

我們分析和研究問題的時候，看懂核心邏輯即可，不要糾結於細節，而失去了重點。

一回生兩回熟，隨著遇到的例子越來越多，遇到類似的問題時，會喜歡上 javap 來分析和解決問題。

如果想深入學習 java 反編譯，強烈建議結合官方的 JVMS 或其中文版:《Java 虛擬機器規範》這本書進行拓展學習。

Long 的快取問題分析

學習的目的之一就是要學會舉一反三，因此對 Long 也進行類似的研究，探究兩者之間有何異同。

原始碼分析

類似的，接下來分析 java.lang.Long#valueOf(long) 的原始碼：

/**
 * Returns a {@code Long} instance representing the specified
 * {@code long} value.
 * If a new {@code Long} instance is not required, this method
 * should generally be used in preference to the constructor
 * {@link #Long(long)}, as this method is likely to yield
 * significantly better space and time performance by caching
 * frequently requested values.
 *
 * Note that unlike the {@linkplain Integer#valueOf(int)
 * corresponding method} in the {@code Integer} class, this method
 * is <em>not</em> required to cache values within a particular
 * range.
 *
 * @param  l a long value.
 * @return a {@code Long} instance representing {@code l}.
 * @since  1.5
 */
public static Long valueOf(long l) {
    final int offset = 128;
    if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache
        return LongCache.cache[(int)l + offset];
    }
    return new Long(l);
}

發現該函式的寫法和 Ineger.valueOf(int) 非常相似。

我們同樣也看到， Long 也用到了快取。 使用 Ineger.valueOf(int) 構造 Long 物件時，值在 [-128, 127] 之間的 Long 物件直接從快取物件陣列中提取。

而且註釋同樣也提到了：快取的目的是為了提高效能。

但是通過註釋我們發現這麼一段提示：

Note that unlike the {@linkplain Integer#valueOf(int) corresponding method} in the {@code Integer} class, this method is not required to cache values within a particular range.

注意：和 Ineger.valueOf(int) 不同的是，此方法並沒有被要求快取特定範圍的值。

這也正是上面原始碼中快取範圍判斷的註釋為何用 // will cache 的原因（可以對比一下上面 Integer 的快取的註釋）。

因此我們可知，雖然此處採用了快取，但應該不是 JLS 的要求。

那麼 Long 型別的快取是如何構造的呢？

我們檢視快取陣列的構造：

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);
    }
}

可以看到，它是在靜態程式碼塊中填充快取陣列的。

反編譯

同樣地我們也編寫一個示例片段：

public class LongTest {

    public static void main(String[] args) {
        Long a = -128L, b = -128L, c = 666L, d = 666L;
        System.out.println(a == b);
        System.out.println(c == d);
    }
}

編譯原始碼： javac LongTest.java

對編譯後的類檔案進行反編譯: javap -c LongTesg

得到下面反編譯的程式碼：

Compiled from "LongTest.java"
public class com.wupx.demo.LongTest {
  public com.wupx.demo.LongTest();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: ldc2_w        #2                  // long -128l
       3: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Long.valueOf:(J)Ljava/lang/Long;
       6: astore_1
       7: ldc2_w        #2                  // long -128l
      10: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Long.valueOf:(J)Ljava/lang/Long;
      13: astore_2
      14: ldc2_w        #5                  // long 666l
      17: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Long.valueOf:(J)Ljava/lang/Long;
      20: astore_3
      21: ldc2_w        #5                  // long 666l
      24: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Long.valueOf:(J)Ljava/lang/Long;
      27: astore        4
      29: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      32: aload_1
      33: aload_2
      34: if_acmpne     41
      37: iconst_1
      38: goto          42
      41: iconst_0
      42: invokevirtual #8                  // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
      45: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      48: aload_3
      49: aload         4
      51: if_acmpne     58
      54: iconst_1
      55: goto          59
      58: iconst_0
      59: invokevirtual #8                  // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
      62: return
}

從上述程式碼中發現 Long var = ? 的確是通過 java.lang.Long#valueOf(long) 來構造物件的。

事實上，除 Float 和 Double 外，其他包裝資料型別都會快取，6 個包裝類直接賦值時，就是呼叫對應包裝類的靜態工廠方法 valueOf()。

各個包裝類的快取區間如下：

• Boolean：使用靜態 final 變數定義，valueOf() 就是返回這兩個靜態值
• Byte：表示範圍是 -128 ~ 127，全部快取
• Short：表示範圍是 - 32768 ~ 32767，快取範圍是 -128~127
• Character：表示範圍是 0 ~ 65535，快取範圍是 0~127
• Long：表示範圍是 [-2^63 ~ 2^63-1]，快取範圍是 -128~127
• Integer：表示範圍是 [-2^31 ~ 2^31-1]，快取範圍是 -128~127，但它是唯一可以修改快取範圍的包裝類，在 VM options 加入引數 -XX:AutoBoxCacheMax=6666，即可設定最大快取值為 6666

另外，在選擇使用包裝類還是基本資料型別時，推薦使用如下方式：

1. 所有的 POJO 類屬性必須使用包裝資料型別
2. RPC 方法的返回值和引數必須使用包裝資料型別
3. 所有的區域性變數推薦使用基本資料型別

總結

本文首先對阿里巴巴Java開發手冊中強制要求整型包裝類物件值用 equals 方法比較作了簡單介紹，並通過原始碼分析法、閱讀 JLS 和 JVMS、使用反編譯法，對 Integer 和 Long 快取的目的和實現方式問題進行了深入分析。

讓大家能夠用更豐富的手段來學習知識和分析問題，通過對快取目的的思考來學到更通用和本質的東西。

還介紹了其他包裝型別的快取範圍，以及包裝類和基本資料型別的推薦使用場景。

參考

《Java開發手冊》華山版

《碼出高效：Java開發手冊》

《深入理解Java虛擬機器》