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JAVA 面试 数值

new Integer(112)和Integer.valueOf(112)的区别

这道题，考察的是对Integer这个对象原理的理解，关于这道题的变体有很多，我们会一一进行分析。

理解这道题，对于实际开发过程中防止出现意想不到的Bug很有用，建议大家认真思考和解读。

背景知识详解

关于Integer的实现

Integer是int的一个封装类，它的构造实现如下。

    /**
     * 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;
    }

Integer中定义了一个int类型的value属性。由于该属性是final类型，因此需要通过构造方法来赋值。这个逻辑非常简单，没有太多要关注得。

结论： 当通过new关键字构建一个Integer实例时，和所有普通对象的实例化相同，都是在堆内存地址中分配一块空间。

Integer.valueOf

Integer.valueOf方法，是把一个字符串转换为Integer类型，该方法定义如下

public static Integer valueOf(String s) throws NumberFormatException {
  return Integer.valueOf(parseInt(s, 10));
}

这个方法调用另外一个重载方法，该方法定义如下。

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

从这段代码中发现，如果i的值是在IntegerCache.low和IntegerCache.high这个区间范围，则通过下面这段代码返回Integer对象实例。

IntegerCache.cache[i+(-IntegerCache.low)];

否则，使用new Integer(i)创建一个新的实例对象。

IntegerCache是什么？

从它的命名来看，不难猜出它应该和缓存有关系，简单猜测就是：如果i的值在某个区间范围内，则直接从缓存中获取对象。

IntegerCache的代码定义如下。

private static class IntegerCache {
  static final int low = -128;
  static final int high;
  static final Integer cache[]; //定义一个缓存数组
  static {
    // high value may be configured by property
    int h = 127; 
    //high的值允许通过系统属性来调整
    String integerCacheHighPropValue =
      sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
    //如果配置了high的属性值，则取两者中最大的一个值作为IntegerCache的最高区间值。
    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;
    //创建一个数组容器
    cache = new Integer[(high - low) + 1];
    int j = low;
    //遍历初始化每一个对象
    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() {}
}

上述代码的实现逻辑非常简单：

  1. IntegerCache的取值区间为： IntegerCache.low=-128， IntegerCache.hign=127 ，其中hign是可以通过系统参数来调整。
  2. 创建一个Integer数组，循环初始化这个区间中的每一个值。

Integer为什么这么设计？ 但凡涉及到Cache的，一定和性能有关，在Integer这个对象中，常用的数值区间是在-128到127之间，所以为了避免对这个区间范围内的数据频繁创建和销毁对象，所以构建了一个缓存。意味着后续只要不是通过new关键字创建的Integer实例，在这个区间内的数值都会从IntegerCache中获取。

问题解答

面试题：new Integer(112)和Integer.valueOf(112)的区别

理解了上面的原理后，再来解答这个问题就很容易了。

  • new Integer，是创建一个Integer对象实例。
  • Integer.valueOf(112)，Integer默认提供了Cache机制，在-128到127区间范围内的数据，通过valueOf方法不需要创建新的对象实例，只需要从缓存中获取即可。

问题总结

Integer这个对象的变形面试题比较多，其中一个面试题比较典型。

有两个Integer变量a,b，通过swap方法之后，交换a,b的值，请写出swap的方法。

public class SwapExample {
 
    public static void main(String[] args){
        Integer a=1;
        Integer b=2;
        System.out.println("交换前：a="+a+",b="+b);
        swap(a,b);
        System.out.println("交换后：a="+a+",b="+b);
    }
 
    private static void swap(Integer a,Integer b){
       //doSomething
    }
}

基础不是很好的同学，可能会很直接的按照”正确的逻辑“来编写程序，可能的代码如下。

private static void swap(Integer a,Integer b){
  Integer temp=a;
  a=b;
  b=temp;
}

程序逻辑，理论上是没问题，定义一个临时变量存储a的值，然后再对a和b进行交换。而实际运行结果如下

交换前：a=1,b=2
交换后：a=1,b=2

Integer对象的重新赋值思考

Integer作为封装对象类型，通过函数传递该引用以后，理论上来说，main方法中定义的a和b，以及传递到swap方法中的a、和b，指向同一个内存地址，那么按照上述代码的实现，理论上来说也是成立的。

Java中有两种参数传递类型。

  • 值传递，传递的是数据的副本，方法执行中形式参数值的改变不影响实际参数的值。
  • 引用传递，传递的是内存地址的引用，在方法执行中，由于引用对象的地址指向同一块内存，所以对于对象数据的修改，会影响到引用了该地址的变量。

这么设计的好处，是为了减少内存的占用，提升访问效率和性能。

那么Integer作为封装类型，为什么传递的是副本，而不是引用呢？

我们来看一下Integer中value值得定义，可以发现该属性是final修饰，意味着是不可更改。

    /**
     * The value of the {@code Integer}.
     *
     * @serial
     */
    private final int value;

结论：在Java中，只有一种参数传递方式，就是值传递。但是，当参数传的是基本类型时 ，传的是值的拷贝，对拷贝变量的修改不影响原变量；当传的是引用类型时 ，传的是引用地址的拷贝，但是拷贝的地址和真实地址指向的都是同一个真实数据，因此可以修改原变量中的值；当传的是Integer类型时 ，虽然拷贝的也是引用地址，指向的是同一个数据，但是Integer的值不能被修改，因此无法修改原变量中的值。

因此，上述代码之所以没有交换成功，是因为传递到swap方法中的a和b，会创建一个变量副本，这个副本中的值虽然发生了交换，但不影响原始值。

了解了这块知识之后，我们的问题就变成了，如何对一个修饰了final关键字的属性进行数据修改。那就是通过反射来实现，实现代码如下.

public class SwapExample  {
    public static void main(String[] args){
        Integer a=1;
        Integer b=2;
        System.out.println("交换前：a="+a+",b="+b);
        swap(a,b);
        System.out.println("交换后：a="+a+",b="+b);
    }
    private static void swap(Integer a,Integer b){
        try {
            Field field=Integer.class.getDeclaredField("value");
            Integer temp= a;
            field.setAccessible(true); //针对private修饰的变量，需要通过该方法设置。
            field.set(a,b);
            field.set(b,temp);
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

那这段代码运行完是否能达到预期呢？ 上述程序运行结果如下：

交换前：a=1,b=2
交换后：a=2,b=2

从结果来看，确实是发生了变化，但是变化并不完整，因为b=1这个预期值并没有出现。为什么呢？其实还是和今天分享得主题有关系，我们来逐步看一下。

  1. Integer temp=a这个地方，基于IntegerCache的原理，这里并不会产生一个新的temp实例，意味着temp变量和a变量指向的内存地址是同一个。
  2. 当通过field.set方法，把a内存地址的值通过反射修改成b以后，那么此时a的值应该是2。注意：由于内存地址的值变成了2，而temp这个变量又指向该内存地址，因此temp的值自然就变成了2.
  3. 接着使用filed.set(b,temp)修改b属性的值，此时temp的值时2，所以得到的结果b也变成了2.
private static void swap(Integer a,Integer b){
  try {
    Field field=Integer.class.getDeclaredField("value");
    Integer temp= a;  
    field.setAccessible(true); //针对private修饰的变量，需要通过该方法设置。
    field.set(a,b);
    field.set(b,temp);
  } catch (NoSuchFieldException e) {
    e.printStackTrace();
  } catch (IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
  }
}

理解了原理后，我们只需要修改Integer temp=a这段代码，改成下面这种写法。保证temp变量是一个独立的实例。

Integer temp=new Integer(a);

修改以后运行结果如下

交换前：a=1,b=2
交换后：a=2,b=1

Mic说： 只有基本功足够扎实，才能对任何问题的本质一眼看透，解决这些问题的时候也能得心应手。

下一节： 深克隆和浅克隆，考察的是Java基础知识的理解。
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