面试连环炮之Integer和int

最近在招聘面试的过程中，考察一些候选人的基础掌握能力中发现，还是有大多数干了有1~3年的开发者在基础这块儿掌握的不够牢靠，没有去思考过为什么这样做，以及这样做的原因是什么？那么今天我们就来聊聊Java中的Integer和int，以及他们在面试中一般会如何考候选人呢？

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首先我们来看如下的一些面试连环炮：

开发中你在定义常量的时候，一般是用的Integer还是int，他们之间有什么区别？
什么叫包装类，它是如何包装基本类型的？
Integer的自动装箱和自动拆箱的原理是什么？以及所发生在哪个阶段？带来的好处和坏处是什么？什么情况下会发生自动装箱/自动拆箱？
那你能说下Integer的值缓存是什么吗？
你觉得 Integer的源码有哪些设计要点？

或者还有诸如以下的一些笔试题：

    public static void main(String[] args) {Integer a = 100;Integer b = 100;System.out.println(a == b);Integer c = 200;Integer d = 200;System.out.println(c == d);}

请问：ab的值以及cd的值分别是多少？

以上问题大家可以先思考下如果面试中遇到你会如何回答？

首先来条华丽的分割线

一. Java包装类、装箱和拆箱

1.1 包装类

在 Java的设计中提倡一种思想，即一切皆对象。但是从数据类型的划分中，我们知道 Java 中的数据类型分为基本数据类型和引用数据类型，但是基本数据类型怎么能够称为对象呢？于是 Java 为每种基本数据类型分别设计了对应的类，称之为包装类（Wrapper Classes），也有地方称为外覆类或数据类型类。

我们来看下基本类型对应的包装类：

基本数据类型	包装类
byte	Byte
short	hort
int	Integer
long	Long
boolean	Boolean
char	Character
folat	Float
double	Double

两个维度分析：

从内存占用角度：包装类是对象，除了基本数据以外，还需要有对象头。所以包装类占的空间比基本类型大。
从处理速度角度：基本类型在内存中存的是值，找到基本类型的内存位置就可以获得值；而包装类型存的是对象的引用，找到指定的包装类型后，还要根据引用找到具体对象的内存位置。会产生更多的IO，计算性能比基本类型差。

因此在开发中，如果需要做计算，尽量优先使用基本类型。

那么大家思考一个问题：Java为什么还要设计出包装类来使用？目的是什么？

1.2 为什么使用包装类

在Java开发中，特别是在企业中开发的时候处理业务逻辑的过程中，我们通常都要使用Object类型来进行数据的包装和存储，Object更具备通用的能力，更抽象，解决业务问题编程效率高。而基本类型的包装类，相当于将基本类型“包装起来”，使得它具有了对象的性质，并且为其添加了属性和方法，丰富了基本类型的操作。特别是：Java的泛型，我们的基本数据类型并不能和泛型配合使用，因此要想配合泛型使用也得保证类型可以转换为Object。

同样的我们今天要说的Integer就是int的包装类，除了提供int类型的字段进行存储外，还给我们提供了基本操作，比如数学运算、int和字符串之间的转换等，我们可以来看看：

可以看到我们Integer中的方法前面都有M，代表大部分方法是静态方法，可以直接使用，并且里面还有很多的变量都是使用了final进行修饰：

变量里面的value即是用来存储我们的int值的，也就是被Integer包装的值，被private final修饰后，是无法被访问的且经过构造函数赋值后无法被改变：(其余的成员变量都是被static所修饰)

 /*** The value of the {@code Integer}.** @serial*/private final int value;/*** Constructs a newly allocated {@code Integer} object that* represents the specified {@code int} value.** @param   value   the value to be represented by the*                  {@code Integer} object.*/public Integer(int value) {this.value = value;}

引用网上一位博主的解释：

JAVA设计者的初衷估计是这样的：如果开发者要做计算，就应该使用primitive value如果开发者要处理业务问题，就应该使用object，采用Generic机制；反正JAVA有auto-boxing/unboxing机制，对开发者来讲也不需要注意什么。然后为了弥补object计算能力的不足，还设计了static valueOf()方法提供缓存机制，算是一个弥补。

这里提到了auto-boxing/unboxing机制，没错这就是接下来我们要讲的自动装箱/自动拆箱机制

1.3 自动装箱

平时我们写代码的过程中，比如定义一个变量i为10，我们一般会写：int i = 10;

那么我们也可以使用包装类：Integer i = 10; 或Integer i = new Integer(10)可以达到相同的效果;

这里Integer i = 10;即使用了「自动装箱」的机制，在Integer的内部实际是使用：Integer i = Integer.valueOf(10);所以我们要来看看 valueOf这个方法到底是如何实现的：

 /*** 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);}

可以从文档注释中也能发现，该方法是JDK1.5引入的一个方法，并且返回的是一个Integer的实例，也就是通过该方法也能直接得到一个Integer对象，并且注释文档也说明了：如果不需要新的实例，通常应该优先使用此方法，而不是直接走构造函数，因此此方法可能通过频繁缓存产生明显更好的空间和时间性能，和要求的价值。This method will always cache values in the range -128 to 127, inclusive, and may cache other values outside of this range. 此方法将始终缓存-128到127（包括端点）范围内的值，并可以缓存此范围之外的其他值

1.4 缓存设计

valueOf 方法中 IntegerCache.low = -128； IntegerCache.high = 127 ; 也就是当我们传入的int 值在-128~127之间这个范围时, 会返回:return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];

接下来我们一起看看 IntegerCache这个类是如何定义的：（注意看注释）

private static class IntegerCache {static final int low = -128;static final int high;//初始化的时候没有直接赋值static final Integer cache[];static {// high value may be configured by propertyint h = 127;//附默认值为127，同时可以通过下方代码从配置文件中进行读取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_VALUEh = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);} catch( NumberFormatException nfe) {// If the property cannot be parsed into an int, ignore it.}}high = h;//配置文件中有值，并且满足上方条件对比及可更改high值cache = new Integer[(high - low) + 1];//初始化cache数组，并且长度为127+128+1=256int j = low;//j=-128for(int k = 0; k < cache.length; k++)cache[k] = new Integer(j++);//创建-128~127对应的Integer对象，缓存在数组中//0的位置对应 -128   ---->  128的位置对应的值就是0//1的位置对应 -127//......//10的位置对应 -118  ----->  138的位置对应的值就是10// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)assert IntegerCache.high >= 127;}private IntegerCache() {}}

上方for循环里大家看注释应该就能推演出公式：我们传入的i值如果符合-128~127范围，要想取出对应的缓存值那么应该在cache数组的 i + （-low）即：i+128，从索引为138的位置取出对应的值，就是10

为什么设计这个缓存？

实践发现，大部分数据操作都是集中在有限的、较小的数值范围。所以在Java 5 中增加了静态工厂方法 valueOf()，在调用它的时候利用缓存机制，这样不用反复new 值相同的Integer对象，减少了内存占用。

1.5 自动拆箱

什么情况下Integer会自动拆箱呢，比如下面的代码：

Integer i = new Integer(10);
int j = 20;
System.out.print(i == j);

由于i是integer类型，j是基本类型，当两者需要进行比较的时候，i 就需要进行自动拆箱为int，然后进行比较；其中自动拆箱使用的是 intValue() 方法。

看看源码，直接返回value值即可：

  /*** Returns the value of this {@code Integer} as an* {@code int}.*/public int intValue() {return value;}

从注释中可以发现其实该方法是来自Number类，而我们的Integer是继承至Number类，同时还实现了Comparable接口

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {

Number 是一个抽象类，主要表示基本类型之间的转换。

好了，到这儿就基本上把Integer相关的核心源码看完了，同时也能清晰的知道包装类，以及自动装箱和自动拆箱的使用以及原理。

二. 常见面试题

2.1 Integer和int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

2.2 常见问答：

问1：

 public static void main(String[] args) {Integer a = 100;Integer b = 100;System.out.println(a == b);Integer c = 200;Integer d = 200;System.out.println(c == d);}

现在我们再来看文章开头的时候这个问题，大家能说出答案了吗？

答案： ab 为true； cd为false

原因分析：

Integer a = 100; 实际上会被翻译为： Integer a = ValueOf（100）; 从缓存中取出值为100的Integer对象；同时第二行代码：Integer b = 100; 也是从常量池中取出相同的缓存对象，因此a跟b是相等的

而c 和 d 因为赋的值为200，已经超过 IntegerCache.high 会直接创建新的Integer对象，因此两个对象相比较肯定不相等，两者在内存中的地址不同。

问2：

Integer a = 100;
int b = 100;
System.out.println(a == b);

Integer a = new Integer(100);
int b = 100;
System.out.println(a == b);

答案为：ture，因为a会进行自动拆箱取出对应的int值进行比较，因此相等

问3：

Integer a = new Integer(100);
Integer b = new Integer(100);
System.out.println(a == b);

答案为：false，因为两个对象相比较，比较的是内存地址，因此肯定不相等

问4：

最后再来一道发散性问题，大家可以思考下输出的结果为多少：

 public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {Class cache = Integer.class.getDeclaredClasses()[0];Field myCache = cache.getDeclaredField("cache");myCache.setAccessible(true);Integer[] newCache = (Integer[]) myCache.get(cache);newCache[132] = newCache[133];int a = 2;int b = a + a;System.out.printf("%d + %d = %d", a, a, b); }

答案为： 2 + 2 = 5. 大家可以下来自己好好思考下为什么会得到这个答案