int和Integer深入分析

摘要：对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身，这点将在节讨论。

1.关于int和Integer的问题区别分析

2.Integer的值缓存的原理

2.1 Java 5 中引入缓存特性

2.2 Integer类中的IntegerCache类

2.3 其他整型类型的缓存机制

3.理解自动装箱和拆箱

3.1 什么是装箱？什么是拆箱？

3.2 装箱和拆箱是如何实现的

3.3 装箱和拆箱在编程实际中注意点

4.原始类型线程安全问题

4.1 那些类型是线程安全的

4.2 如何验证int类型是否线程安全

4.3 AtomicInteger线程安全版

5.Java 原始数据类型和引用类型局限性

5.1 原始数据类型和 Java 泛型并不能配合使用

5.2 无法高效地表达数据，也不便于表达复杂的数据结构

6.关于其他知识延伸

6.1 对象的内存结构

6.2 对象头的结构

6.3 如何计算或者获取某个Java对象的大小

7.关于其他内容介绍

7.1 关于博客汇总链接

7.2 关于我的博客

1.1 编译阶段、运行时，自动装箱 / 自动拆箱是发生在什么阶段？

1.2使用静态工厂方法 valueOf 会使用到缓存机制，那么自动装箱的时候，缓存机制起作用吗？

1.3为什么我们需要原始数据类型，Java 的对象似乎也很高效，应用中具体会产生哪些差异？

1.4 阅读过 Integer 源码吗？分析下类或某些方法的设计要点？

1.5 int和Integer的区别

1、Integer是int的包装类，int则是java的一种基本数据类型 
2、Integer变量必须实例化后才能使用，而int变量不需要 
3、Integer实际是对象的引用，当new一个Integer时，实际上是生成一个指针指向此对象；而int则是直接存储数据值 
4、Integer的默认值是null，int的默认值是0

延伸： 
关于Integer和int的比较 
1、由于Integer变量实际上是对一个Integer对象的引用，所以两个通过new生成的Integer变量永远是不相等的（因为new生成的是两个对象，其内存地址不同）。

Integer i = new Integer(100);
Integer j = new Integer(100);
System.out.print(i == j); //false

2、Integer变量和int变量比较时，只要两个变量的值是向等的，则结果为true（因为包装类Integer和基本数据类型int比较时，java会自动拆包装为int，然后进行比较，实际上就变为两个int变量的比较）

Integer i = new Integer(100);
int j = 100；
System.out.print(i == j); //true

3、非new生成的Integer变量和new Integer()生成的变量比较时，结果为false。（因为非new生成的Integer变量指向的是java常量池中的对象，而new Integer()生成的变量指向堆中新建的对象，两者在内存中的地址不同）

Integer i = new Integer(100);
Integer j = 100;
System.out.print(i == j); //false

4、对于两个非new生成的Integer对象，进行比较时，如果两个变量的值在区间-128到127之间，则比较结果为true，如果两个变量的值不在此区间，则比较结果为false

Integer i = 100;
Integer j = 100;
System.out.print(i == j); //true

Integer i = 128;
Integer j = 128;
System.out.print(i == j); //false

对于第4条的原因： 
java在编译Integer i = 100 ;时，会翻译成为Integer i = Integer.valueOf(100)；，而java API中对Integer类型的valueOf的定义如下：

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);
}

java对于-128到127之间的数，会进行缓存，Integer i = 127时，会将127进行缓存，下次再写Integer j = 127时，就会直接从缓存中取，就不会new了

在 Java 5 中，为 Integer 的操作引入了一个新的特性，用来节省内存和提高性能。整型对象在内部实现中通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。

这种 Integer 缓存策略仅在自动装箱（autoboxing）的时候有用，使用构造器创建的 Integer 对象不能被缓存。

在创建新的 Integer 对象之前会先在 IntegerCache.cache (是个Integer类型的数组)中查找。有一个专门的 Java 类来负责 Integer 的缓存。

这个类是用来实现缓存支持，并支持 -128 到 127 之间的自动装箱过程。最大值 127 可以通过 JVM 的启动参数 -XX:AutoBoxCacheMax=size 修改。 缓存通过一个 for 循环实现。从小到大的创建尽可能多的整数并存储在一个名为 cache 的整数数组中。这个缓存会在 Integer 类第一次被使用的时候被初始化出来。以后，就可以使用缓存中包含的实例对象，而不是创建一个新的实例(在自动装箱的情况下)。

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


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() {}
}

这种缓存行为不仅适用于Integer对象。我们针对所有整数类型的类都有类似的缓存机制。

有 ByteCache 用于缓存 Byte 对象

有 ShortCache 用于缓存 Short 对象

有 LongCache 用于缓存 Long 对象

有 CharacterCache 用于缓存 Character 对象

Byte，Short，Long 有固定范围: -128 到 127。对于 Character, 范围是 0 到 127。除了 Integer 可以通过参数改变范围外，其它的都不行。

装箱就是 自动将基本数据类型转换为包装器类型；拆箱就是 自动将包装器类型转换为基本数据类型。

//拆箱
int yc = 5;
//装箱
Integer yc = 5;

以Interger类为例，下面看一段代码来了解装箱和拆箱的实现

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Integer y = 10;
        int c = i;
    }
}

然后来编译一下，看下图所示：

从反编译得到的字节码内容可以看出，在装箱的时候自动调用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的时候自动调用的是Integer的intValue方法。

因此可以用一句话总结装箱和拆箱的实现过程：装箱过程是通过调用包装器的valueOf方法实现的，而拆箱过程是通过调用包装器的 xxxValue方法实现的。（xxx代表对应的基本数据类型）。

建议避免无意中的装箱、拆箱行为，尤其是在性能敏感的场合，创建 10 万个 Java 对象和 10 万个整数的开销可不是一个数量级的，不管是内存使用还是处理速度，光是对象头的空间占用就已经是数量级的差距了。

Java自带的线程安全的基本类型包括： AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean, AtomicIntegerArray,AtomicLongArray等

200个线程，每个线程对共享变量 count 进行 50 次 ++ 操作

int 作为基本类型，直接存储在内存栈，且对其进行+,-操作以及++,–操作都不是原子操作，都有可能被其他线程抢断，所以不是线程安全。int 用于单线程变量存取，开销小，速度快

int count = 0;
private void startThread() {
    for (int i = 0;i < 200; i++){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int k = 0; k < 50; k++){
                    count++;
                }
            }
        }).start();
    }
    // 休眠10秒，以确保线程都已启动
    try {
        Thread.sleep(1000*10);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally {
        Log.e("打印日志----",count+"");
    }
}

//期望输出10000，最后输出的是9818
//注意：打印日志----: 9818

AtomicInteger类中有有一个变量valueOffset，用来描述AtomicInteger类中value的内存位置 。

当需要变量的值改变的时候，先通过get（）得到valueOffset位置的值，也即当前value的值.给该值进行增加，并赋给next

compareAndSet（）比较之前取到的value的值当前有没有改变，若没有改变的话，就将next的值赋给value，倘若和之前的值相比的话发生变化的话，则重新一次循环，直到存取成功，通过这样的方式能够保证该变量是线程安全的

value使用了volatile关键字，使得多个线程可以共享变量，使用volatile将使得VM优化失去作用，在线程数特别大时，效率会较低。

private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
static Integer count1 = Integer.valueOf(0);
private void startThread1() {
    for (int i = 0;i < 200; i++){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int k = 0; k < 50; k++){
                    // getAndIncrement: 先获得值，再自增1，返回值为自增前的值
                    count1 = atomicInteger.getAndIncrement();
                }
            }
        }).start();
    }
    // 休眠10秒，以确保线程都已启动
    try {
        Thread.sleep(1000*10);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally {
        Log.e("打印日志----",count1+"");
    }
}

//期望输出10000，最后输出的是10000
//注意：打印日志----: 10000



//AtomicInteger使用了volatile关键字进行修饰，使得该类可以满足线程安全。
private volatile int value;
/**
 * Creates a new AtomicInteger with the given initial value.
 *
 * @param initialValue the initial value
 */
public AtomicInteger(int initialValue) {
    value = initialValue;
}

Java 的泛型某种程度上可以算作伪泛型，它完全是一种编译期的技巧，Java 编译期会自动将类型转换为对应的特定类型，这就决定了使用泛型，必须保证相应类型可以转换为Object。

Java 的对象都是引用类型，如果是一个原始数据类型数组，它在内存里是一段连续的内存，而对象数组则不然，数据存储的是引用，对象往往是分散地存储在堆的不同位置。这种设计虽然带来了极大灵活性，但是也导致了数据操作的低效，尤其是无法充分利用现代 CPU 缓存机制。

Java 为对象内建了各种多态、线程安全等方面的支持，但这不是所有场合的需求，尤其是数据处理重要性日益提高，更加高密度的值类型是非常现实的需求。

对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，官方称它为"Mark Word"。

对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身，这点将在2.3.3节讨论。另外，如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。

获取一个JAVA对象的大小，可以将一个对象进行序列化为二进制的Byte，便可以查看大小

//获取一个JAVA对象的大小，可以将一个对象进行序列化为二进制的Byte，便可以查看大小
Integer value = 10;
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos ;
try {
    oos = new ObjectOutputStream(bos);
    oos.writeObject(value);
    oos.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
// 读出当前对象的二进制流信息
Log.e("打印日志----",bos.size()+"");
//打印日志----: 81

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