java Integer 源码面试必备

时间 2020-03-17

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原文原文链接

面试通常都会问到你看过源码吗，因此，我就参考了网上的资料和本身的看法写了这篇源码解读。

概况

首先介绍 Integer和int的区别java

一、Integer是int的包装类，int是java的一种基本数据类型
二、Integer变量必须实例化后才能使用，而int变量不须要
三、Integer实际是对象的引用，当new一个Integer时，其实是生成一个指针指向此对象；而int则是直接存储数据值 git

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，二者在内存中的地址不一样）面试

Integer a = new Integer(99);
Integer b = 99;
System.out.print(a== b); 
//false

四、Integer的默认值是null，int的默认值是0数组

Java的Ingeter是int的包装类,在开发中咱们基本能够将二者等价。缓存

Integer类是对int进行封装,里面包含处理int类型的方法，好比int到String类型的转换方法或String类型转int类型的方法，也有与其余类型之间的转换方，固然也包括操做位的方法。less

主要属性

Integer的界限范围是 0x7fffffff~0x80000000 这与int类型的界限范围是同样的。函数

在Integer类中是这样声明的。post

//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;
//相似的还有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，由于是静态变量因此值不可变。ui

因为补码表示负数的关系。正数老是比负数多一个来，因此：this

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，因此须要有36个字符才能表示全部不用进制的数字。

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】，因此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，没必要从新实例化。这些缓存值都是静态且final的，避免重复的实例化和回收。

若是不去配置虚拟机参数，这个值不会变。配合valueOf(int) 方法，能够节省建立对象形成的资源消耗。另外若是想改变这些值缓存的范围，再启动JVM时能够经过-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=xxx就能够改变缓存值的最大值，好比-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，之后再介绍，第一个参数是须要转换的字符串，第二个参数表示进制数（好比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

可是Integer.parseInt("10000000000",10)，会抛出java.lang.NumberFormatException异常,由于超过了Integer的最大的范围了。

该方法的逻辑：

1.判断字符串不为空，而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多是数字或负号或正号进行处理。

3.以后就是核心逻辑了，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，而后乘上进制数，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。

这里也是经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，，由于负数Integer.MIN_VALUE变化为正数时会致使数值溢出，因此所有都用负数来运算。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(一次乘法致使溢出的结果符号不肯定)。

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。第二种是经过调用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;
    }
}

该方法主要作的事情是将某个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做用了，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作成除以10的效果，好比(i * 52429) >>> (16+3)其实约等于i/10，((q << 3) + (q << 1))其实等于q*10，而后再经过digits数组获取到对应的字符。能够看到低位处理时它尽可能避开了除法，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做，比起乘法和移位。另外也能够看到能用移位和加法来实现乘法的地方也尽可能不用乘法，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由于作乘法后可能会溢出。

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获得数字是多少位，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));
    }

第一个valueOf中，由于IntegerCache缓存了【low,high】值的Integer对象，对于在【-128,127】范围内的直接从IntegerCache的数组中获取对应的Integer对象便可，而在范围外的则须要从新实例化了。

第二个和第三个都是调用第一个valueOf方法，只不过调用的parseInt（）的方法不同。

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方法主要做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;
}

比较是否相同以前会将int类型经过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，不然返回1。

bitCount方法

该方法主要用于计算二进制数中1的个数。

这些都是移位和加减操做。

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，好比10011111则每两位有一、一、二、2个1，记为01011010，而后再算每四位一组看有多少个1，而01011010则每四位有二、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，获得的数即为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，不用管最高位以后有多少个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，其余都是0的值。将i右移一位再或操做，则最高位1的右边也为1了，接着再右移两位并或操做，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)天然获得最终结果。

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，其余全为0的值。这个操做较简单，先取负数，这个过程须要对正数的i取反码而后再加1，获得的结果和i进行与操做，恰好就是最低位1其余为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， 相似于二分法。不断将数字左移缩小范围。例子用最差状况：
// 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。这里处理实际上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，不然左移16位继续往下判断，接着右移24位看是否是为0，是的话则至少有16+8=24个0，直到最后获得结果。

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相似，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。它的思想和前面的相似，也是基于二分查找思想，详细步骤再也不赘述。

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;
    }

该方法便是将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，好比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，而后最高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;
    }

这两个方法相似，合到一块儿讲。看名字就知道转成8进制和16进制的字符串。能够看到都是间接调用toUnsignedString0方法，该方法会先计算转换成对应进制须要的字符数，而后再经过formatUnsignedInt方法来填充字符数组，该方法作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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参考出处：https://juejin.im/post/5992b1986fb9a03c3223ce32

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