Java包装类性能优化：深入解析Integer享元模式的源码实现

前言

在Java中，每一个基本类型都有对应的包装类。其中，Integer作为最常用的包装类之一，其内部实现巧妙地运用了享元模式（Flyweight Pattern），通过对象缓存机制显著提升了性能。本文将深入剖析Integer类的享元模式实现，重点解析valueOf()方法的底层源码。

一、享元模式是什么？

享元模式是一种结构型设计模式，旨在通过共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。在Java包装类中，享元模式的核心思想是：

缓存常用对象：对一定范围内的值进行预缓存
减少对象创建：通过复用缓存对象降低内存开销
提升性能：避免频繁的对象创建与垃圾回收

在Java中，包装类如Integer便采用了享元模式，以缓存常用的整数值，提升性能。

二、Integer源码解析

valueOf()方法

Integer类的valueOf()方法是享元模式的核心，它通过缓存机制避免了频繁的对象创建。具体实现如下：

valueOf()方法源码：

 @IntrinsicCandidatepublic static Integer valueOf(int i) {if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];return new Integer(i);}

当调用valueOf()方法时，首先会检查传入的整数是否在缓存的范围内：

在缓存范围内：直接返回缓存中的对象，避免重新创建。
不在缓存范围内：创建新的Integer对象。

IntegerCache类

IntegerCache类实现了缓存机制，缓存了从 -128 到 127 的所有Integer对象。其源码如下：

/*** Integer 缓存类（享元模式实现）* 用于缓存常用 Integer 对象，优化内存和性能*/private static class IntegerCache {static final int low = -128;  // 缓存下限static final int high; // 缓存上限（可配置）static final Integer[] cache; // 缓存数组static Integer[] archivedCache; // 从 CDS 归档文件加载的缓存数组（JDK 17 新增）static {int h = 127;  // 默认缓存上限为 127// 尝试读取 JVM 参数配置的缓存上限String integerCacheHighPropValue =VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");if (integerCacheHighPropValue != null) {try {// 确保配置值不低于 127h = Math.max(parseInt(integerCacheHighPropValue), 127);// 防止缓存数组大小超过 Integer.MAX_VALUE// 计算逻辑：数组最大长度 = Integer.MAX_VALUE - (-low) -1h = Math.min(h, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);} catch( NumberFormatException nfe) {// 忽略格式错误（保持默认值 127）}}high = h; // 确定最终缓存上限// 尝试从 CDS 归档文件加载缓存（JDK 17 优化点）CDS.initializeFromArchive(IntegerCache.class);int size = (high - low) + 1;// 动态生成缓存数组的条件：// 1. 归档缓存不存在 或 2. 当前需要的缓存大小 > 归档缓存长度if (archivedCache == null || size > archivedCache.length) {// 创建新缓存数组Integer[] c = new Integer[size];int j = low; // 起始值for(int i = 0; i < c.length; i++) {c[i] = new Integer(j++); // 预生成所有缓存对象}archivedCache = c; // 更新归档缓存}cache = archivedCache; // 指向最终缓存数组// 断言确保缓存上限至少为 127（符合 JLS 规范）assert IntegerCache.high >= 127;}// 私有构造方法（防止外部实例化）private IntegerCache() {}
}

如何提高性能？

通过享元模式，Integer.valueOf()方法只会创建缓存范围内的对象，而不需要每次都new一个新的Integer对象。这一机制显著降低了内存开销，避免了不必要的垃圾回收。

三、面试题

以下代码会输出什么？

public class Main {public static void main(String[] args) {Integer i1 = new Integer(100);Integer i2 = new Integer(100);System.out.println(i1==i2); // false}
}

注意：这里Integer是对象，==比较的是对象的引用，而不是对象的内容。

public class Main {public static void main(String[] args) {Integer i1 = 100;  // 自动装箱机制，在底层会自动调用静态方法valueOf的得到一个Integer对象Integer i2 = 100;Integer i3 = 200;Integer i4 = 200;System.out.println(i1==i2); // trueSystem.out.println(i3==i4); // false}
}