java Integer 源码 面试必备
面试一般都会问到你看过源码吗，所以，我就参考了网上的资料和自己的见解写了这篇源码解读。
概况
首先介绍 Integer和int的区别
1、Integer是int的包装类，int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
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 a = new Integer(99);
Integer b = 99;
System.out.print(a== b);
//false
4、Integer的默认值是null，int的默认值是0
Java的Ingeter是int的包装类,在开发中我们基本可以将两者等价。
Integer类是对int进行封装,里面包含处理int类型的方法，比如int到String类型的转换方法或String类型转int类型的方法，也有与其他类型之间的转换方，当然也包括操作位的方法。
主要属性
Integer的界限范围是 0x7fffffff~0x80000000 这与int类型的界限范围是一样的。
在Integer类中是这样声明的。
//MIN_VALUE静态变量表示int能取的最小值，为-2的31次方，被final修饰说明不可变。
public static final int MIN_VALUE = 0x80000000;
//类似的还有MAX_VALUE，表示int最大值为2的31次方减1。
public static final int MAX_VALUE = 0x7fffffff;
public static final int SIZE = 32;
SIZE用来表示二进制补码形式的int值的比特数，值为32，因为是静态变量所以值不可变。
由于补码表示负数的关系。正数总是比负数多一个来，所以：
MIN_VALUE表示int能取的最小值，为-2的31次方。
MAX_VALUE表示int能取最大值，为2的31次方减1。
public static final Class<Integer> TYPE = (Class<Integer>) Class.getPrimitiveClass("int");
还有一个是这个，这个应该是指类型，类型是int。
final static int [] sizeTable = { 9, 99, 999, 9999, 99999, 999999, 9999999,
99999999, 999999999, Integer.MAX_VALUE };
// Requires positive xstatic int stringSize(int x) {
for (int i=0; ; i++)
if (x <= sizeTable[i])
return i+1;
}
stringSize主要是为了判断一个int型数字对应字符串的长度。sizeTable这个数组存储了该位数的最大值。
final static char[] digits = {
'0' , '1' , '2' , '3' , '4' , '5' ,
'6' , '7' , '8' , '9' , 'a' , 'b' ,
'c' , 'd' , 'e' , 'f' , 'g' , 'h' ,
'i' , 'j' , 'k' , 'l' , 'm' , 'n' ,
'o' , 'p' , 'q' , 'r' , 's' , 't' ,
'u' , 'v' , 'w' , 'x' , 'y' , 'z'
};
digits数组里面存的是数字从二进制到36进制所表示的字符，所以需要有36个字符才能表示所有不用进制的数字。
final static char [] DigitTens = {
'0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0',
'1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1',
'2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2',
'3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3',
'4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4',
'5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5',
'6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6',
'7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7',
'8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8',
'9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9',
} ;
final static char [] DigitOnes = {
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
} ;
DigitTens和DigitOnes两个数组，DigitTens数组是为了获取0到99之间某个数的十位,DigitOnes是为了获取0到99之间某个数的个位
IntegerCache内部类
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) {
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);
}
high = h;
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
}
private IntegerCache() {}
}
IntegerCache是Integer的一个静态内部类，它包含了int可能值得Integer数组，它负责存储了(high -low)个静态Integer对象，并切在静态代码块中初始化。默认范围是【-128,127】，所以这里默认只实例化了256个Integer对象，当Integer的值范围在【-128,127】时则直接从缓存中获取对应的Integer对象，不必重新实例化。这些缓存值都是静态且final的，避免重复的实例化和回收。
如果不去配置虚拟机参数，这个值不会变。配合valueOf(int) 方法，可以节省创建对象造成的资源消耗。另外如果想改变这些值缓存的范围，再启动JVM时可以通过-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=xxx就可以改变缓存值的最大值，比如-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=888则会缓存[-888]。
方法
parseInt
public static int parseInt(String s) throws NumberFormatException {
return parseInt(s,10);
}
public static int parseInt(String s, int radix)
throws NumberFormatException
{
/*
* WARNING: This method may be invoked early during VM initialization
* before IntegerCache is initialized. Care must be taken to not use
* the valueOf method.
*/
if (s == null) {
throw new NumberFormatException("null");
}
if (radix < Character.MIN_RADIX) {
throw new NumberFormatException("radix " + radix +
" less than Character.MIN_RADIX");
}
if (radix > Character.MAX_RADIX) {
throw new NumberFormatException("radix " + radix +
" greater than Character.MAX_RADIX");
}
int result = 0;
boolean negative = false;
int i = 0, len = s.length();
int limit = -Integer.MAX_VALUE;
int multmin;
int digit;
if (len > 0) {
char firstChar = s.charAt(0);
if (firstChar < '0') { // Possible leading "+" or "-"
if (firstChar == '-') {
negative = true;
limit = Integer.MIN_VALUE;
} else if (firstChar != '+')
throw NumberFormatException.forInputString(s);
if (len == 1) // Cannot have lone "+" or "-"
throw NumberFormatException.forInputString(s);
i++;
}
multmin = limit / radix;
while (i < len) {
// Accumulating negatively avoids surprises near MAX_VALUE
digit = Character.digit(s.charAt(i++),radix);
if (digit < 0) {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
if (result < multmin) {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
result *= radix;
if (result < limit + digit) {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
result -= digit;
}
} else {
throw NumberFormatException.forInputString(s);
}
return negative ? result : -result;
}
有两个parseInt方法，这里就是java的overload(重载)了，以后再介绍，第一个参数是需要转换的字符串，第二个参数表示进制数（比如2,8,10）。
源码里已经给出了例子：
* parseInt("0", 10) returns 0
* parseInt("473", 10) returns 473
* parseInt("+42", 10) returns 42
* parseInt("-0", 10) returns 0
* parseInt("-FF", 16) returns -255
* parseInt("1100110", 2) returns 102
* parseInt("2147483647", 10) returns 2147483647
* parseInt("-2147483648", 10) returns -2147483648
* parseInt("2147483648", 10) throws a NumberFormatException
* parseInt("99", 8) throws a NumberFormatException
* parseInt("Kona", 10) throws a NumberFormatException
* parseInt("Kona", 27) returns 411787d
但是Integer.parseInt("10000000000",10)，会抛出java.lang.NumberFormatException异常,因为超过了Integer的最大的范围了。
该方法的逻辑：
1.判断字符串不为空，并且传进来进制参数在 Character.MIN_RADIX ，Charcater.MAX_RADIX 之间，即2和36。
2.判断输入的字符串长度必须大于0，再根据第一个字符串可能是数字或负号或正号进行处理。
3.之后就是核心逻辑了，字符串转换数字。
例如
127 转换成8进制 1*8*8+2*8+7*1=87
127转换成十进制 1*10*10+2*10+7*1=127
从左到右遍历字符串，然后乘上进制数，再加上下一个字符，接着再乘以进制数，再加上下个字符，不断重复，直到最后一个字符。
这里也是通过计算负数再添加符号位的方式避免Integer.MIN_VALUE单独处理的问题，，因为负数Integer.MIN_VALUE变化为正数时会导致数值溢出，所以全部都用负数来运算。这里使用了一个mulmin变量来避免数字溢出的问题，单纯的使用正负号不能准确判断是否溢出(一次乘法导致溢出的结果符号不确定)。
构造函数
public Integer(int value) {
this.value = value;
}
public Integer(String s) throws NumberFormatException {
this.value = parseInt(s, 10);
}
这两种构造函数，一个是传int类型，一个是String类型。第二种是通过调用parseInt方法进行转换的。
getChars方法
static void getChars(int i, int index, char[] buf) {
int q, r;
int charPos = index;
char sign = 0;
if (i < 0) {
sign = '-';
i = -i;
}
// Generate two digits per iteration
while (i >= 65536) {
q = i / 100;
// really: r = i - (q * 100);
r = i - ((q << 6) + (q << 5) + (q << 2));
i = q;
buf [--charPos] = DigitOnes[r];
buf [--charPos] = DigitTens[r];
}
// Fall thru to fast mode for smaller numbers
// assert(i <= 65536, i);
for (;;) {
q = (i * 52429) >>> (16+3);
r = i - ((q << 3) + (q << 1)); // r = i-(q*10) ...
buf [--charPos] = digits [r];
i = q;
if (i == 0) break;
}
if (sign != 0) {
buf [--charPos] = sign;
}
}
该方法主要做的事情是将某个int型数值放到char数组里面。
这里面处理用了一些技巧，int高位的两个字节和低位的两个字节分开处理，
while (i >= 65536)部分就是处理高位的两个字节，大于65536的部分使用了除法，一次生成两位十进制字符，每次处理2位数，其实((q << 6) + (q << 5) + (q << 2))其实等于q*100,DigitTens和DigitOnes数组前面已经讲过它的作用了，用来获取十位和个位。
小于等于65536的部分使用了乘法加位移做成除以10的效果，比如(i * 52429) >>> (16+3)其实约等于i/10，((q << 3) + (q << 1))其实等于q*10，然后再通过digits数组获取到对应的字符。可以看到低位处理时它尽量避开了除法，取而代之的是用乘法和右移来实现，可见除法是一个比较耗时的操作，比起乘法和移位。另外也可以看到能用移位和加法来实现乘法的地方也尽量不用乘法，这也说明乘法比起它们更加耗时。而高位处理时没有用移位是因为做乘法后可能会溢出。
toString方法
public static String toString(int i) {
if (i == Integer.MIN_VALUE)
return "-2147483648";
int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);
char[] buf = new char[size];
getChars(i, size, buf);
return new String(buf, true);
}
public String toString() {
return toString(value);
}
public static String toString(int i, int radix) {
if (radix < Character.MIN_RADIX || radix > Character.MAX_RADIX)
radix = 10;
if (radix == 10) {
return toString(i);
}
char buf[] = new char[33];
boolean negative = (i < 0);
int charPos = 32;
if (!negative) {
i = -i;
}
while (i <= -radix) {
buf[charPos--] = digits[-(i % radix)];
i = i / radix;
}
buf[charPos] = digits[-i];
if (negative) {
buf[--charPos] = '-';
}
return new String(buf, charPos, (33 - charPos));
}
这里有三个toString 方法。
第一个toString方法很简单，就是先用stringSize得到数字是多少位，再用getChars获取数字对应的char数组，最后返回一个String类型。
第二个更简单了，就是调用第一个toString方法。
第三个toString方法是带了进制信息的，它会转换成对应进制的字符串。不在2到36进制范围之间的都会按照10进制处理。
valueOf方法
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
public static Integer valueOf(String s) throws NumberFormatException {
return Integer.valueOf(parseInt(s, 10));
}
public static Integer valueOf(String s, int radix) throws NumberFormatException {
return Integer.valueOf(parseInt(s,radix));
}
第二个和第三个都是调用第一个valueOf方法，只不过调用的parseInt（）的方法不一样。
decode方法
public static Integer decode(String nm) throws NumberFormatException {
int radix = 10;
int index = 0;
boolean negative = false;
Integer result;
if (nm.length() == 0)
throw new NumberFormatException("Zero length string");
char firstChar = nm.charAt(0);
// Handle sign, if present
if (firstChar == '-') {
negative = true;
index++;
} else if (firstChar == '+')
index++;
// Handle radix specifier, if present
if (nm.startsWith("0x", index) || nm.startsWith("0X", index)) {
index += 2;
radix = 16;
}
else if (nm.startsWith("#", index)) {
index ++;
radix = 16;
}
else if (nm.startsWith("0", index) && nm.length() > 1 + index) {
index ++;
radix = 8;
}
if (nm.startsWith("-", index) || nm.startsWith("+", index))
throw new NumberFormatException("Sign character in wrong position");
try {
result = Integer.valueOf(nm.substring(index), radix);
result = negative ? Integer.valueOf(-result.intValue()) : result;
} catch (NumberFormatException e) {
// If number is Integer.MIN_VALUE, we'll end up here. The next line
// handles this case, and causes any genuine format error to be
// rethrown.
String constant = negative ? ("-" + nm.substring(index))
: nm.substring(index);
result = Integer.valueOf(constant, radix);
}
return result;
}
decode方法主要作用是对字符串进行解码。
默认会处理成十进制，0开头的都会处理成8进制，0x和#开头的都会处理成十六进制。
xxxvalue方法（byteValue，shortValue，intValue，longValue，floatValue，doubleValue）
public byte byteValue() {
return (byte)value;
}
public short shortValue() {
return (short)value;
}
public int intValue() {
return value;
}
public long longValue() {
return (long)value;
}
public float floatValue() {
return (float)value;
}
public double doubleValue() {
return (double)value;
}
其实就是转换成对应的类型
hashCode方法
public int hashCode() {
return value;
}
就是返回int类型的值
equals方法
public boolean equals(Object obj) {
if (obj instanceof Integer) {
return value == ((Integer)obj).intValue();
}
return false;
}
比较是否相同之前会将int类型通过valueof转换成Integer类型，equals本质就是值得比较
compare方法
public static int compare(int x, int y) {
return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
}
x小于y则返回-1，相等则返回0，否则返回1。
bitCount方法
public static int bitCount(int i) {
// HD, Figure 5-2
i = i - ((i >>> 1) & 0x55555555);
i = (i & 0x33333333) + ((i >>> 2) & 0x33333333);
i = (i + (i >>> 4)) & 0x0f0f0f0f;
i = i + (i >>> 8);
i = i + (i >>> 16);
return i & 0x3f;
}
这些都是移位和加减操作。
0x55555555等于01010101010101010101010101010101，0x33333333等于110011001100110011001100110011，0x0f0f0f0f等于1111000011110000111100001111。
先每两位一组统计看有多少个1，比如10011111则每两位有1、1、2、2个1，记为01011010，然后再算每四位一组看有多少个1，而01011010则每四位有2、4个1，记为00100100， 接着每八位一组就为00000110，接着16位，32位，最终在与0x3f进行与运算，得到的数即为1的个数。
highestOneBit方法
public static int highestOneBit(int i) {
// HD, Figure 3-1
i |= (i >> 1);
i |= (i >> 2);
i |= (i >> 4);
i |= (i >> 8);
i |= (i >> 16);
return i - (i >>> 1);
}
// 随便一个例子，不用管最高位之后有多少个1，都会被覆盖
// 00010000 00000000 00000000 00000000 raw
// 00011000 00000000 00000000 00000000 i | (i >> 1)
// 00011110 00000000 00000000 00000000 i | (i >> 2)
// 00011111 11100000 00000000 00000000 i | (i >> 4)
// 00011111 11111111 11100000 00000000 i | (i >> 8)
// 00011111 11111111 11111111 11111111 i | (i >> 16)
// 00010000 0000000 00000000 00000000 i - (i >>>1)
这个方法是返回最高位的1，其他都是0的值。将i右移一位再或操作，则最高位1的右边也为1了，接着再右移两位并或操作，则右边1+2=3位都为1了，接着1+2+4=7位都为1，直到1+2+4+8+16=31都为1，最后用i - (i >>> 1)自然得到最终结果。
lowestOneBit方法
public static int lowestOneBit(int i) {
// HD, Section 2-1
return i & -i;
}
// 例子
// 00001000 10000100 10001001 00101000 i
// 11110111 01111011 01110110 11011000 -i
// 00000000 00000000 00000000 00001000 i & -i
与highestOneBit方法对应，lowestOneBit获取最低位1，其他全为0的值。这个操作较简单，先取负数，这个过程需要对正数的i取反码然后再加1，得到的结果和i进行与操作，刚好就是最低位1其他为0的值了。
numberOfLeadingZeros方法
public static int numberOfLeadingZeros(int i) {
// HD, Figure 5-6
if (i == 0)
return 32;
int n = 1;
if (i >>> 16 == 0) { n += 16; i <<= 16; }
if (i >>> 24 == 0) { n += 8; i <<= 8; }
if (i >>> 28 == 0) { n += 4; i <<= 4; }
if (i >>> 30 == 0) { n += 2; i <<= 2; }
n -= i >>> 31;
return n;
}
// 方法很巧妙， 类似于二分法。不断将数字左移缩小范围。例子用最差情况：
// i: 00000000 00000000 00000000 00000001 n = 1
// i: 00000000 00000001 00000000 00000000 n = 17
// i: 00000001 00000000 00000000 00000000 n = 25
// i: 00010000 00000000 00000000 00000000 n = 29
// i: 01000000 00000000 00000000 00000000 n = 31
// i >>>31 == 0
// return 31
该方法返回i的二进制从头开始有多少个0。i为0的话则有32个0。这里处理其实是体现了二分查找思想的，先看高16位是否为0，是的话则至少有16个0，否则左移16位继续往下判断，接着右移24位看是不是为0，是的话则至少有16+8=24个0，直到最后得到结果。
numberOfTrailingZeros方法
public static int numberOfTrailingZeros(int i) {
// HD, Figure 5-14
int y;
if (i == 0) return 32;
int n = 31;
y = i <<16; if (y != 0) { n = n -16; i = y; }
y = i << 8; if (y != 0) { n = n - 8; i = y; }
y = i << 4; if (y != 0) { n = n - 4; i = y; }
y = i << 2; if (y != 0) { n = n - 2; i = y; }
return n - ((i << 1) >>> 31);
}
// 与求开头多少个0类似，也是用了二分法，先锁定1/2, 再锁定1/4，1/8，1/16，1/32。
// i: 11111111 11111111 11111111 11111111 n: 31
// i: 11111111 11111111 00000000 00000000 n: 15
// i: 11111111 00000000 00000000 00000000 n: 7
// i: 11110000 00000000 00000000 00000000 n: 3
// i: 11000000 00000000 00000000 00000000 n: 1
// i: 10000000 00000000 00000000 00000000 n: 0
与前面的numberOfLeadingZeros方法对应，该方法返回i的二进制从尾开始有多少个0。它的思想和前面的类似，也是基于二分查找思想，详细步骤不再赘述。
reverse方法
public static int reverse(int i) {
i = (i & 0x55555555) << 1 | (i >>> 1) & 0x55555555;
i = (i & 0x33333333) << 2 | (i >>> 2) & 0x33333333;
i = (i & 0x0f0f0f0f) << 4 | (i >>> 4) & 0x0f0f0f0f;
i = (i << 24) | ((i & 0xff00) << 8) |
((i >>> 8) & 0xff00) | (i >>> 24);
return i;
}
该方法即是将i进行反转，反转就是第1位与第32位对调，第二位与第31位对调，以此类推。它的核心思想是先将相邻两位进行对换，比如10100111对换01011011，接着再将相邻四位进行对换，对换后为10101101，接着将相邻八位进行对换，最后把32位中中间的16位对换，然后最高8位再和最低8位对换。
toHexString和toOctalString方法
public static String toHexString(int i) {
return toUnsignedString0(i, 4);
}
public static String toOctalString(int i) {
return toUnsignedString0(i, 3);
}
private static String toUnsignedString0(int val, int shift) {
int mag = Integer.SIZE - Integer.numberOfLeadingZeros(val);
int chars = Math.max(((mag + (shift - 1)) / shift), 1);
char[] buf = new char[chars];
formatUnsignedInt(val, shift, buf, 0, chars);
return new String(buf, true);
}
static int formatUnsignedInt(int val, int shift, char[] buf, int offset, int len) {
int charPos = len;
int radix = 1 << shift;
int mask = radix - 1;
do {
buf[offset + --charPos] = Integer.digits[val & mask];
val >>>= shift;
} while (val != 0 && charPos > 0);
return charPos;
}
这两个方法类似，合到一起讲。看名字就知道转成8进制和16进制的字符串。可以看到都是间接调用toUnsignedString0方法，该方法会先计算转换成对应进制需要的字符数，然后再通过formatUnsignedInt方法来填充字符数组，该方法做的事情就是使用进制之间的转换方法（前面有提到过）来获取对应的字符。
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