本文涉及到一些JVM原理和Java的字節(jié)碼指令，推薦感興趣的讀者閱讀一本有關(guān)JVM的經(jīng)典書籍《深入Java虛擬機（第2版）》，將它與我在《.NET 4.0面向?qū)ο缶幊搪劇分薪榻B的CLR原理與IL匯編指令作個對比，相信讀者會有一定的啟發(fā)。而仔細對比兩個類似事物的異同，是很有效的學習方法之一。
1 奇特的程序輸出
前段時間，一個學生給我看了一段“非常詭異”的Java代碼：
public class TestInteger {
public static void main(String[] args){
Integer v1=100;
Integer v2=100;
System.out.println(v1==v2); //輸出：true
Integer w1=200;
Integer w2=200;
System.out.println(w1==w2); //輸出：false
}
}
讓這個學生最困惑的是，為什么這些如此相似的代碼會有這樣令人意外的輸出？
我平時多使用C#，Java用得不多，初看到這段代碼的輸出，我也同樣非常奇怪：怎么會這樣呢？100和200這兩個整型數(shù)值對Integer這個類有本質(zhì)上的差別嗎？
為了弄明白出現(xiàn)上述現(xiàn)象的底層原因，我使用javap工具反匯編了Java編譯器生成的.class文件：
通過仔細閱讀Java編譯器生的字節(jié)碼，我發(fā)現(xiàn)以下給Integer變量賦值的語句：
Integer v1=100;
實際上調(diào)用的是Integer.valueOf方法。
而完成兩個Integer變量比較的以下語句：
System.Console.WriteLine(v1 == v2);
實際生成的是if_acmpne指令。其中的a代表“address”，cmp代表“Compare”，ne代表“not equal”。
這條指令的含義是：比較Java方法棧中的兩個操作數(shù)（即v1與v2），看看它們是不是指向堆中的同一個對象。
當給v1和v2賦值100時，它們將引用同一個Integer對象。
那為什么當值改為200時，w1和w2就“翻臉了”，分別引用不同的Integer對象？
秘密就在于Integer.valueOf方法。幸運的是，Java的類庫是開源的，所以我們可以毫不費力地看到相關(guān)的源代碼：
public static Integer valueOf(int i) {
if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + 128];
else
return new Integer(i);
}
一切真相大白，原來Integer在內(nèi)部使用了一個私有的靜態(tài)類IntegerCache，此類內(nèi)部封裝了一個Integer對象的cache數(shù)組來緩存Integer對象，其代碼如下：
private static class IntegerCache {
static final Integer cache[];
//……
}
再仔細看看IntegerCache內(nèi)部的代碼，會看到它使用靜態(tài)初始化塊在cache數(shù)組中保存了[-128,127]區(qū)間內(nèi)的一共256個Integer對象。
當給Integer變量直接賦整數(shù)值時，如果這個數(shù)值位于[-128,127]內(nèi)，JVM（Java Virtual Machine）就直接使用cache中緩存的Integer對象，否則，JVM會重新創(chuàng)建一個Integer對象。
一切真相大白。
2 進一步探索Integer
我們再進一步地看看這個有趣的Integer：
Integer v1 = 500;
Integer v2 = 300;
Integer addResult = v1 + v2; //結(jié)果：800
double divResult = (double)v1/v2; //結(jié)果：1.6666666666666667
喲，居然Integer對象支持加減乘除運算耶！它是怎么做到的？
再次使用javap反匯編.class文件，不難發(fā)現(xiàn)：
Integer類的內(nèi)部有一個私有int類型的字段value，它代表了Integer對象所“封裝”的整數(shù)值。
private final int value;
當需要執(zhí)行v1+v2時，JVM會調(diào)用v1和v2兩個Integer對象的intValue方法取出其內(nèi)部所封裝的整數(shù)值value，然后調(diào)用JVM直接支持的iadd指令將這兩個整數(shù)直接相加，結(jié)果送回方法棧中，然后調(diào)用Integer.valueOf方法轉(zhuǎn)換為Integer對象，讓addResult變量引用這一對象。
除法則復雜一點，JVM先調(diào)用i2d指令將int轉(zhuǎn)換為double，然后再調(diào)用ddiv指令完成浮點數(shù)相除的工作。
通過上述分析，我們可以知道，其實Integer類本身并不支持加減乘除，而是由Java編譯器將這些加減乘除的語句轉(zhuǎn)換為JVM可以直接執(zhí)行的字節(jié)碼指令（比如本例中用到的iadd和ddiv），其中會添加許多條用于類型轉(zhuǎn)換的語句。
由此可見，與原始數(shù)據(jù)類型int相比，使用Integer對象直接進行加減乘除會帶來較低的運行性能，應(yīng)避免使用。
3 JDK中Integer類的“彎彎繞”設(shè)計方案
現(xiàn)在，我們站在一個更高的角度，探討一下Integer的設(shè)計。
我個人認為，給Integer類型添加一個“對象緩沖”不是一個好的設(shè)計，從最前面的示例代碼大家一定會感到這一設(shè)計給應(yīng)用層的代碼帶來了一定的混亂。另外，我們看到JDK設(shè)計者只緩存了[-128,127]共256個Integer對象，他可能認為這個區(qū)間內(nèi)的整數(shù)是最常用的，所以應(yīng)該緩存以提升性能。就我來看，這未免有點過于“自以為是”了，說這個區(qū)間內(nèi)的Integer對象用得最多有什么依據(jù)？對于那些經(jīng)常處理>128的整數(shù)值的應(yīng)用程序而言，這個緩存一點用處也沒有，是個累贅。就算真要緩存，那也最好由應(yīng)用程序開發(fā)者自己來實現(xiàn)，因為他可以依據(jù)自己開發(fā)的實際情況緩存真正用到的對象，而不需背著這個包容著256個Integer對象的大包袱。
而且前面也看到了，基于Integer對象的加減乘除會增加許多不必要的類型轉(zhuǎn)換指令，遠不如直接使用原始數(shù)據(jù)類型更快捷更可靠。
其實上用得最多的不是Integer對象而是它所封裝的一堆靜態(tài)方法（這些方法提供了諸如類型轉(zhuǎn)換等常用功能），我很懷疑在實際開發(fā)中有多少場合需要去創(chuàng)建大量的Integer對象，而且還假設(shè)它們封裝的數(shù)值還位于[-128,127]區(qū)間之內(nèi)？
緩存Integer對象還對多線程應(yīng)用程序帶來了一定的風險，因為可能會有多個線程同時存取同一個緩存了的Integer對象。不過JDK設(shè)計者已經(jīng)考慮到了這個問題，我看到Integer類的字段都是final的，不可改，是一個不可變類，所以可以在多線程環(huán)境下安全地訪問。盡管在使用上沒問題，但這一切是不是有點彎彎繞？去掉這個對象緩存，Integer類型是不是“更輕爽”“更好用”？
4 C# int挑戰(zhàn)Java Integer
將Java的設(shè)計與.NET（以C#為例）的設(shè)計作個比較是有趣的。
Java將數(shù)據(jù)類型分為“原始數(shù)據(jù)類型”和“引用數(shù)據(jù)類型”兩大類，int是原始數(shù)據(jù)類型，為了向開發(fā)者提供一些常用的功能（比如將String轉(zhuǎn)換為int），所以JDK提供了一個引用類型Integer，封裝這些功能。
.NET則不一樣，它的數(shù)據(jù)類型分為“值類型”和“引用數(shù)據(jù)類型”兩大類，int屬于值類型，本身就擁有豐富的方法，請看以下C#代碼：
int i = 100;
string str = i.ToString(); //int變量本身就擁有“一堆”的方法
使用.NET的反匯編器ildasm查看一下上述代碼生成的IL指令，不難發(fā)現(xiàn)C#編譯器會將int類型映射為System.Int32結(jié)構(gòu)：
注意System.Int32是一個值類型，生存于線程堆棧中，一般來說，在多線程環(huán)境下，使用值類型的變量往往比引用類型的變量更安全，因為它減少了多線程訪問同一對象所帶來的問題。
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簡要解釋一下：請對比以下兩個方法：
void DoSomethingWithValueType(int value);
void DoSomethingWithReferenceType(MyClass obj);
當多個線程同時執(zhí)行上述兩個方法時，線程函數(shù)使用值類型的參數(shù)value是比較安全的，不用擔心多個線程互相影響，但引用類型的obj參數(shù)就要小心了，如果多個線程接收到的obj參數(shù)有可能引用同一個MyClass對象，為保證運行結(jié)果的正確，有可能需要給此對象加鎖。
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與JVM一樣，.NET的CLR也提供了add等專用指令完成加減乘除功能。
從開發(fā)者使用角度而言，C#的int既具有與Java的原始數(shù)據(jù)類型int一樣的在虛擬機級別的專用指令，又具有Java包裝類Integer所擁有的一些功能，還同時避免了Java中Integer的那種比較古怪的特性，個人認為，C#中的int比Java中的int/Integer更好用，更易用。
但從探索技術(shù)內(nèi)幕而言則大不一樣，Java使用Integer一個類就“搞定”了所有常用的整數(shù)處理功能，而對于.NET的System.In32結(jié)構(gòu)，好奇的朋友不妨用Reflector去查看一下相關(guān)的源碼，會發(fā)現(xiàn)System.Int32在內(nèi)部許多地方使用了Number類所封裝的功能，還用到了NumberFormatInfo（提供數(shù)字的格式化信息）、CultureInfo（提供當前文化信息）等相關(guān)類型，如果再算加上一堆的接口，那真是“相當?shù)亍睆碗s。
比對一下Java平臺與.NET平臺，往往會發(fā)現(xiàn)在許多地方Java封裝得較少。
從應(yīng)用程序開發(fā)角度來看，不少地方Java在使用上不如.NET方便。就拿本文所涉及的非常常見的整數(shù)類型及其運算而言，相信大家都看到了，使用Java編程需要留心這個“Intege對象緩存”的陷阱，而.NET則很貼心地把這些已發(fā)現(xiàn)的陷阱（.NET設(shè)計者說：當然肯定會有沒發(fā)現(xiàn)的陷阱，但那就不關(guān)我事了）都蓋上了“厚厚”的井蓋，讓開發(fā)者很省心，因而帶來了較高的開發(fā)效率和較好的開發(fā)體驗。
但另一方面，Java的JDK代碼一覽無余，是開放的，你要探索其技術(shù)內(nèi)幕，總是很方便，這點還是比較讓人放心。
.NET則相對比較封閉，總是遮遮掩掩，想一覽其廬山真相還真不容易，而且我感覺它為開發(fā)者考慮得太周到了，服務(wù)得太好了，這不見得是一件好事。因為人性的弱點之一就是“好逸惡勞”，生活太舒服了，進取精神就會少掉不少，.NET開發(fā)者很容易于不知不覺中養(yǎng)成了對技術(shù)不求甚解的“惡習”，因為既然代碼能夠正常工作，那又何必費心地去追根問底？但話又說回來，如果僅滿足于知其然，又怎會在技術(shù)上有所進步和提高？等到年紀一大，就被年輕人給淘汰了。而這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，到底應(yīng)該怪微軟，怪周遭的環(huán)境，還是自己呢？
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