從一道面試題探究 Integer 的實現

記得有次面試，面試官問我：

如何寫一個方法交換兩個 Integer 類型的值？

當時內心一驚，這是把我當小白了呀！交換兩個數的值還不容易麼，最簡單的直接搞一箇中間變量，而後就能夠交換了... ...

面試官隨即拿出一張雪白雪白的 A4 紙

工具用多了，有沒有體驗過白紙寫代碼？來吧，開始你的表演，小夥子。

此時稍微有點心虛，但仍是要裝腔做勢，把本身想象成大佬才行。

有的人可能會問，你不是說很簡單麼，還心虛個啥？寫過代碼的都知道，工具寫代碼是有自動補全提示的，這白板寫代碼純粹就是考察你對代碼的熟練度，其實至關考驗代碼功底。

因而乎，提起筆，奮筆疾書，唰唰唰不到兩分鐘，我就寫完了。

代碼以下：

public static void main(String[] args) {    Integer a = 1, b = 2;    System.out.println("交換前：a = " + a + ", b = " + b);    swap(a,b);    System.out.println("交換後：a = " + a + ", b = " + b);}​public static void swap(Integer i, Integer j) {    int temp = i;    i = j;    j = temp;}複製代碼

當我成竹在胸的把紙遞過去的時候，我彷彿看見面試官嘴角哪不經意間的微笑。

這一笑沒關係，要緊的是一個大男人對着我笑幹嗎?

難道個人代碼感動到他了？

明人不說暗話，這明顯不可能。

難道是他要對我... ...

想到此處，我不由趕忙回憶了下來時的路，怎麼樣能夠快速衝出去... ...

喂，醒醒，想啥呢

面試官瞄了一眼代碼以後開始發問呢。

你肯定你這段代碼真的能夠交換兩個 Integer 的值嗎？（居然在 Integer 上加了重音）

個人天吶，難道有問題，多年面試經驗告訴我，面試重音提問要不就是在故意混淆，要不就是在善意提醒你，看能不能挖掘出點其餘技術深度出來。

因此根據面試官的意思確定是使用這段代碼不能交換呢，哪麼不能交換的緣由在哪裏？

首先，想了下，要交換兩個變量的值，利用中間變量這個思路是不會錯的。既然思路沒錯，哪就要往具體實現上想，問題出在哪裏。

第一個知識點：值傳遞和引用傳遞

咱們都知道，Java 中有兩種參數傳遞

• 值傳遞

  方法調用時，實際參數把它的值傳遞給對應的形式參數，方法執行中形式參數值的改變不影響實際參數的值。

• 引用傳遞

  也稱爲傳地址。方法調用時，實際參數的引用(地址，而不是參數的值)被傳遞給方法中相對應的形式參數，在方法執行中，對形式參數的操做實際上就是對實際參數的操做，方法執行中形式參數值的改變將會影響實際參數的值。

簡單總結一下就是：

也就是說 對象類型（地址空間）的變量存在於堆中，其引用存在於棧中。

至於爲何這麼設計：主要仍是爲了考慮訪問效率和提高代碼性能上考慮的。

難道問題出在這個地方？

但是 Integer 不就是 引用類型？

爲何不能改變呢？

難道 Integer 的實現有什麼特殊之處？

你別說，還真是 Integer 有他本身的獨特之處。

第二個知識點：Integer 在源碼實現上存在這麼一個屬性

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

這個屬性也是表示這個 Integer 實際的值，可是他是 private final 的，Integer 的 API 也沒有提供給外部任何能夠修改它的值接口，也就是說這個值改變不了。

簡單理解就是上面的 swap 方法其實真實交換的是 兩個形參 i 和 j 的值，而沒有去改變 a 和 b 的值

畫個圖簡單理解一下：

哪如何去改變這個 value 值呢 ?

第三個知識點來了：反射

趕忙給面試官陪着笑臉說剛纔激動了，代碼我能不能再改改？

面試官：能夠，代碼原本就是一個不斷優化的過程,你改吧！

而後又是一頓奮筆疾書，再次唰唰唰寫了以下代碼：

public static void swap(Integer i, Integer j) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {    /*int temp = i;        i = j;        j = temp;*/    Field value = Integer.class.getDeclaredField("value");    int temp = i.intValue();    value.set(i,j.intValue());    value.set(j,temp);}複製代碼

此次長腦子呢，我又回過頭檢查了一遍代碼，沒辦法，很蛋疼，這要是有電腦先跑一遍再說。

白紙只能靠你本身腦子想，腦子編譯，腦子運行（固然運行很差可能就燒壞了）

果真，查出問題來了（還好夠機智）

前邊不是說了這個 value 是私有屬性麼，既然是 private 的 ，final 的，在 Java 中是不容許的，再訪問的時候會報

java.lang.IllegalAccessException異常，

在反射的時候還須要加value.setAccessible(true)，設置代碼執行時繞過對私有屬性的檢查，哪麼代碼就變成了以下：

public static void swap(Integer i, Integer j) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {    /*int temp = i;        i = j;        j = temp;*/    Field value = Integer.class.getDeclaredField("value");    value.setAccessible(true);    int temp = i.intValue();    value.set(i,j.intValue());    value.set(j,temp);}複製代碼

另外多提幾句：設置了 setAccessible(true)就能訪問到私有屬性是由於他的源碼是這樣的

public void setAccessible(boolean flag) throws SecurityException {    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();    if (sm != null) sm.checkPermission(ACCESS_PERMISSION);    setAccessible0(this, flag);}複製代碼

能夠看到，他調用了 setAccessible0()這個方法，繼續看下這個：

private static void setAccessible0(AccessibleObject obj, boolean flag)        throws SecurityException    {        if (obj instanceof Constructor && flag == true) {            Constructor<?> c = (Constructor<?>)obj;            if (c.getDeclaringClass() == Class.class) {                throw new SecurityException("Cannot make a java.lang.Class" +                                            " constructor accessible");            }        }        obj.override = flag;    }複製代碼

這段代碼咱們須要關注有兩點：

• 參數是 boolean flag 而這個 flag 實際的值剛好是咱們設置進去的setAccessible()中的參數

• 這個參數真正的做用是把一個 AccessibleObject 對象的 override屬性進行了賦值

哪麼這個 override屬性的做用又是什麼呢？

咱們一塊兒來看下value.set()這個方法的源碼

@CallerSensitive    public void set(Object obj, Object value)        throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException    {        if (!override) {            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();                checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);            }        }        getFieldAccessor(obj).set(obj, value);    }複製代碼

看着這段代碼是不瞬間就明白了，原來這個 overried 屬性就比如一個開關，負責控制在 set值得時候是否須要檢查訪問權限（不少時候，一直說要閱讀源碼閱讀源碼，由於源碼就比如火眼金睛，在源碼面前，不少妖魔鬼怪都是無所遁形的）

看着這段代碼樂開了花，內心想着這下應該總能交換了吧，我又很是自信的把代碼遞給了面試官

面試官：爲何要這麼改？爲何要使用反射？爲何要加這行 setAccessible(true) ？

哇 此時正和我意啊，寫了這半天，就等你問我這幾個點，因而我很利索的把上邊描述的給面試官講了一遍，他聽完以後繼續微微一笑，這個笑很迷，也很滲人。

難道這還不對？

他又開始發問：

面試官：這段代碼仍是會有問題，最終輸出結果會是 a = 2, b = 2。能夠提示你一下，你知道拆箱裝箱嗎？

呃，這還涉及到拆箱裝箱了... ...

第四個知識點：拆箱裝箱

咱們在上面的代碼中

Integer a = 1, b = 2;複製代碼

a 和 b 是 Integer 類型，可是 1 和 2 是 int 類型，爲何把 int 賦值給 Integer 不報錯？

由於 Java 中有自動裝箱（若是感興趣的話可使用 javap 命令去查看一下這行代碼執行的字節碼）

實際上 Integer a = 1 就至關於執行了 Integer a = Integer.valueOf(1);
複製代碼

哪麼，valueOf()方法的實現又是什麼樣的呢？

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

這個方法的代碼說明，若是你的值是在某個範圍以內，會從 IntegerCache這個緩存中獲取值，而不是去 new 一個新的 Integer對象。繼續研究 IntegerCache這個類

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;        }複製代碼

根據以上代碼能夠獲得：在範圍在 -128 - 127 之間的數字，會被直接初始化好以後直接加入獲得緩存中，以後處於這個範圍中的全部Integer 會直接從緩存獲取值，這樣提升了訪問效率

爲了驗證這一點，你能夠直接試一試，寫一段代碼：

Integer a = 100,b = 100;System.out.println(a == b);複製代碼

根據咱們在 Java 領域的理解，對於引用類型，使用 == 比較的是他們在內存中的地址，哪麼，對於Integer這個引用類型，直接使用 == 結果應該是false。

但是，你若是實際調試試一試的話，會發現這是 true, 是否是有點難以想象？

哪麼爲何是ture ,就回到了上邊說的緩存問題，由於 100 處於 -128-127 這份範圍

若是你定義的變量是

Integer a = 200,b = 200;System.out.println(a == b);複製代碼

這個結果輸出確定是 false，由於根據前邊Integer。valueOf()實現的源碼能夠獲得：超過-128-127的值須要從新 new Integer(i),但凡是 new 出來的，使用 == 比確定是 false

繼續深究下去你會發現面試官說的 a = 2, b = 2 是對的，具體緣由是：

public static void swap(Integer i, Integer j) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field value = Integer.class.getDeclaredField("value");        value.setAccessible(true);        int temp = i.intValue();        // 此處 咱們使用 j.intValue 返回結果是個 int 類型數據         // 而 value.set()方法須要的是一個 Object 對象 此處就涉及到了裝箱         // 因此 i 值的實際變化過程爲：i = Integer.valueOf(j.intValue()).intValue()        value.set(i,j.intValue());        // 同理 j 值得實際變化過程爲：j = Integer.valueOf(temp).intValue()        // 由於 valueOf() 要從緩存獲取值 也就是此時須要根據 temp 的下標來獲取值        // 但是在上一步中 i 的值已經被自動裝箱以後變成了 2         // 因此此處會把 j 的值設置成 2        value.set(j,temp);    }複製代碼

綜上：咱們就搞清楚了爲何面試官會說結果是 a = 2, b = 2 .

既然分析出了爲何會變成 a = 2 b = 2，哪就好辦呢。

發現問題，解決問題，永遠是程序員最優秀的品質，對了，還要臉皮厚（小聲嗶嗶）

我又厚着臉把代碼要過來了（面試官仍是一如既往的微笑，一如既往很迷的笑）

第五個知識點：如何避免拆箱和裝箱操做

• 把 set 改成 setInt 避免裝箱操做

  public static void swap(Integer i, Integer j) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field value = Integer.class.getDeclaredField("value");        value.setAccessible(true);        int temp = i.intValue();        value.setInt(i,j.intValue());        value.setInt(j,temp);    }}複製代碼

• 把 temp 從新建立一個對象進行賦值，這樣就不會和 i 的值產生相互影響

  public static void swap(Integer i, Integer j) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field value = Integer.class.getDeclaredField("value");        value.setAccessible(true);        int temp = new Integer(i.intValue());        value.setInt(i,j.intValue());        value.setInt(j,temp);    }複製代碼

靠着臉厚，我第三次把代碼交給了面試官，沒辦法，厚度不是你所能想象的... ...

這一次，他終於再也不笑了，再也不很迷的笑了

看來這場面試要迎來終結了 ... ...

面試官：嗯，你總算答對了，如今來總結一下這道題涉及到的知識點（這是要考察表達能力啊）

總結：

• 值傳遞和引用傳遞

• Integer 實現緩存細節

• 使用反射修改私有屬性的值

• 拆箱和裝箱

有沒有不總結不知道，一總結嚇一跳的感受，這麼一道看似簡單的題，居然考察到了這麼多東西

面試官：好了，技術問題咱們今天就先面到這裏，接下來可否說一說你有什麼長處？

我：我是一個思想積極樂觀向上的人。

面試官：可否舉個例子。

我：何時開始上班？

歡迎關注公衆號：