摘要：作為條件變量的的不僅可以認(rèn)為內(nèi)嵌了一把鎖，還內(nèi)嵌了一個(gè)條件變量。操作條件變量的函數(shù)將當(dāng)前線程在條件變量上阻塞，一般是為了等待其他線程的某件事情執(zhí)行完成。其它裝箱類其它裝箱類的代碼這里就不分析了。重點(diǎn)關(guān)注下各裝箱類的緩存范圍。

jdk源碼讀到現(xiàn)在這里，重要的集合類也讀了一部分了。
集合類再往下讀的話，就要涉及到兩個(gè)方向。
第一，是比較典型的但是不常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這部分我準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)、回顧后再繼續(xù)閱讀。
第二，是并發(fā)相關(guān)的集合，這部分我準(zhǔn)備留到和并發(fā)相關(guān)的類一起閱讀。

所以，今天就讀些輕松的。

java的對(duì)象系統(tǒng)設(shè)計(jì)是采用單根繼承，所有的對(duì)象往上追溯，Object都是它們共同的祖先。

有了這個(gè)假設(shè)，我忽然想起java中一個(gè)有趣的事實(shí)：

List list = new ArrayList();
list.toString();

這段代碼能正常編譯、運(yùn)行嗎？經(jīng)驗(yàn)告訴我，當(dāng)然可以。
可是從類型系統(tǒng)的角度仔細(xì)思考，list引用的類型為List，其為List接口。
然而，List接口中并沒有toString方法，為什么能調(diào)用？

這是由于，在java中，會(huì)讓接口類型也擁有Object的所有方法。一個(gè)接口對(duì)象，也是一個(gè)Object對(duì)象。因?yàn)閱胃^承這一總體設(shè)計(jì)，所以這樣設(shè)計(jì)接口是合理的。
這里有關(guān)于該問題的有趣討論，所以這里就不詳細(xì)展開了。

在java中，除了最基本的單根繼承的祖先類之外，Object還內(nèi)置了很多機(jī)制。如：

Object o = new Object();
synchronized(o) {
    /* ... */
}

在其它語言中，鎖這一機(jī)制都是標(biāo)準(zhǔn)庫中提供的函數(shù)，成對(duì)使用。一個(gè)lock函數(shù)用于獲取鎖，一個(gè)release函數(shù)函數(shù)用于釋放鎖。

然而，java直接將鎖機(jī)制作為語法的一部分，還給它一個(gè)專屬關(guān)鍵字synchronized。每個(gè)Object對(duì)象，都內(nèi)嵌了一個(gè)鎖。java稱之監(jiān)視器鎖。

這樣設(shè)計(jì)有什么好處呢？一種觀點(diǎn)是，將鎖機(jī)制內(nèi)置為語法的一部分，有利于jvm對(duì)其進(jìn)行深度優(yōu)化提升性能，如java的鎖升級(jí)機(jī)制。

java的Object不僅可以認(rèn)為內(nèi)嵌了一把鎖，還內(nèi)嵌了一個(gè)條件變量。操作條件變量的函數(shù)：

public final native void notify();
public final native void notifyAll();
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

wait將當(dāng)前線程在條件變量上阻塞，一般是為了等待其他線程的某件事情執(zhí)行完成。當(dāng)其他線程的事情執(zhí)行完成后，在條件變量上調(diào)用notify或notifyAll來喚醒阻塞的線程。

可以看到，這三個(gè)方法都是native，jvm原生實(shí)現(xiàn)。

wait還有兩個(gè)重載形式：

public final void wait() throws InterruptedException {
    wait(0);
}

public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException {
    if (timeout < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }

    if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
        throw new IllegalArgumentException(
                            "nanosecond timeout value out of range");
    }

    if (nanos > 0) {
        timeout++;
    }

    wait(timeout);
}

比較有意思的是第二個(gè)。
原生實(shí)現(xiàn)的wait(long timeout)，只能設(shè)置毫秒級(jí)別的超時(shí)時(shí)間。但是這個(gè)wait(long timeout, int nanos)卻能設(shè)置納秒級(jí)別的超時(shí)時(shí)間。怎么實(shí)現(xiàn)的？

if (nanos > 0) {
    timeout++;
}

笑哭了。。。。難道是我下載的jdk平臺(tái)不對(duì)？

Object類提供了這三個(gè)函數(shù)的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。來看一下：

public native int hashCode();

public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

可以看到，hashCode的默認(rèn)方法是原生實(shí)現(xiàn)，到底是不是指針不清楚。

equals方法的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)僅僅簡單比較了是否為同一引用。

toString()方法打印出的是類名及十六進(jìn)制的hash值。

裝箱拆箱機(jī)制的存在的原因是：

java中的泛型是類型擦除，類似集合等泛型類中實(shí)際存放的必須是Object的子類，也即引用類型。

java的8種基本類型都是值類型，不是對(duì)象。因此無法直接放入泛型類對(duì)象中。

為了解決這個(gè)沖突，只好設(shè)計(jì)一組對(duì)象，中間包裹基本類型，并且語法層次內(nèi)建裝箱類與基本類型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)制，也即自動(dòng)裝箱拆箱。

下面以Integer為例分析裝箱拆箱類的源碼。

大致看一下Integer中的組成。可以發(fā)現(xiàn)有三個(gè)不同的部分：

Integer類本身作為裝箱容器。

Integer類的static屬性定義了大量和int有關(guān)的常量。

Integer類的static方法定義了和int有關(guān)的工具函數(shù)。

先來看屬性。

private final int value;

public Integer(int value) {
    this.value = value;
}

對(duì)的，Integer對(duì)象中，只有包含這么一個(gè)數(shù)據(jù)，被裝箱的原始值。
簡單到不能再簡單。

我們知道，一般來說，在java中，使用工廠方法代替構(gòu)造函數(shù)是更好的設(shè)計(jì)。在Integer里，就體現(xiàn)了它的好處之一。

Integer提供了一組靜態(tài)工廠方法：

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));
}

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

前兩個(gè)工廠方法都利用最后一個(gè)工廠方法實(shí)現(xiàn)。最重要的是最后一個(gè)。

非常明顯，當(dāng)被裝箱的原始類型i在IntegerCache.low和IntegerCache.high之間時(shí)，則返回緩存的Integer對(duì)象。

來看IntegerCache:

    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) {
                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;
        }

        private IntegerCache() {}
    }

可發(fā)現(xiàn)：

默認(rèn)緩存的值是-128到127。

緩存的范圍可以通過java.lang.Integer.IntegerCache.high來設(shè)置。這樣，如果在某些場景下Integer影響性能，可以通過jvm手動(dòng)修改該參數(shù)空間換時(shí)間。

總結(jié)一下，由于Integer是對(duì)象，而對(duì)整數(shù)的操作是代碼里非常頻繁的地方。裝箱機(jī)制會(huì)導(dǎo)致程序產(chǎn)生大量的Integer對(duì)象，這導(dǎo)致：

對(duì)象會(huì)占據(jù)額外空間（如對(duì)象頭），造成內(nèi)存浪費(fèi)。

頻繁創(chuàng)建銷毀對(duì)象，給gc造成壓力。

因此，采用緩存機(jī)制，盡量降低裝箱對(duì)性能的影響。

其它裝箱類的代碼這里就不分析了。重點(diǎn)關(guān)注下各裝箱類的緩存范圍。
首先，Boolean，只有兩個(gè)值，當(dāng)然可以都緩存。

浮點(diǎn)類型，Double和Float，沒有緩存：

public static Float valueOf(float f) {
    return new Float(f);
}

public static Double valueOf(double d) {
    return new Double(d);
}

Short，緩存范圍為-128到127，和默認(rèn)的Integer一樣。最重要的是，這個(gè)范圍無法修改。

    public static Short valueOf(short s) {
        final int offset = 128;
        int sAsInt = s;
        if (sAsInt >= -128 && sAsInt <= 127) { // must cache
            return ShortCache.cache[sAsInt + offset];
        }
        return new Short(s);
    }

    private static class ShortCache {
        private ShortCache(){}

        static final Short cache[] = new Short[-(-128) + 127 + 1];

        static {
            for(int i = 0; i < cache.length; i++)
                cache[i] = new Short((short)(i - 128));
        }
    }

同樣：

Byte緩存范圍也是-128到127，全部緩存。

而Character緩存范圍為0到127.

Long的緩存范圍為-128到127。

可以發(fā)現(xiàn)，只有Integer的緩存范圍能夠修改，其它的裝箱類型都不行。