Java Integer 的自动装箱和缓存机制 — 一道面试题引出的有趣问题

背景

最近遇到一道Java面试题, 感觉很有意思, 和大家分享一下.
是远程在线做题的, 可以使用自己的IDE.

题目

private static void swap(Integer a, Integer b) {
}

public static void main(String[] args) {
    Integer a = 1;
    Integer b = 2;
    System.out.println("before:a=" + a + ",b=" + b);
    swap(a, b);//实现此swap函数；交换位置
    System.out.println("after:a=" + a + ",b=" + b);
}

实际过程中(错误的)解法

分析:

第一感觉还是比较简单的, 由于Integer是不可变对象, 所以利用反射修改他们内部维护的那个’value’字段.

代码如下:

private static void swap(Integer a, Integer b) {
    int valueA = b;
    int valueB = a;

    try {
        final String innerFieldName = "value";
        Field field = Integer.class.getDeclaredField(innerFieldName);
        field.setAccessible(true);

        modifyViaReflection(a, valueA, field);
        modifyViaReflection(b, valueB, field);
    } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

private static void modifyViaReflection(Integer obj, int val, Field field) throws IllegalAccessException {
    field.set(obj, val);
}

运行结果: a可以修改成功而b不可以.

调试

当发现下面的调试输出结果时我是有点崩溃的:

// 传入的val为1
private static void modifyViaReflection(Integer obj, int val, Field field) throws IllegalAccessException {
    log.debug("before obj = {}", obj); // print 2
    log.debug("val = " + val); // print 1
    field.set(obj, val);
    log.debug("after obj = {}", obj); // print 2 !!! (使用反射修改字段值失败)
}

当时调了好久, 明明传入的val是1, 为什么会修改不成功呢?

• 第一次修改是成功的, 第二次就不行, 调换了a和b的次序, 同样如此;
• 甚至怀疑是JDK版本的原因, 还从JDK8切换到了JDK6: 无果;

面试完之后, 继续探索:

// 传入的val为1
private static void modifyViaReflection(Integer obj, int val, Field field) throws IllegalAccessException {
    log.debug("before obj = {}", obj); // print 2
    log.debug("val = " + val); // print 1
    log.debug("val = {}", val); // print 2 !!!  (加了这一行调试语句后后发现了新大陆)
    field.set(obj, val);
    log.debug("after obj = {}", obj); // print 2 !!! (使用反射修改字段值失败)
}

正确的解法

private static void modifyViaReflection(Integer obj, int val, Field field) throws IllegalAccessException {
    log.debug("val = " + val); // when val == 1, print 1
    log.debug("val = {}", val); // when val ==1, print 2 (很奇怪吧, 看下面的解释)

    /*
    如果按照下面那行"错误写法"那样写的话, 当入参val为1时, 它会被解糖为"Integer.value(1)",
    由于Integer的cache机制, "Integer.value(1)"和a会是同一个对象, 指向的都是"Integer Cache"中的那个对象.
    然而这个对象的value字段已经被我们改成2了!
    所以就会出现明明传入的val为1, 但是调用完field#set方法之后, obj还是2的奇怪现象.
    */
    // field.set(obj, val); // 错误的写法! 会被解糖为: field.set(obj, Integer.valueOf(val));
    field.set(obj, new Integer(val));
}

复盘

• 心态: 限时一小时, 总共两题, 第一题就卡主了, 有点紧张, 有点慌了.
• 知识储备: Integer的自动拆装箱, 前258位的缓存机制, 这些其实都懂, 但是做题的时候没有把这两个联系到一起;
• 调试原则: 遇到问题需要最先怀疑还是自己写的代码, 其次怀疑编译器, 操作系统, 社会环境之类的问题;
  比如当时应该重点关注field.set(obj, val);这句代码, set方法第二个参数是Object, 不是int, 是会发生自动装箱的,
  当时要是能意识到这个就能很快定位到问题了.