一道简单而又不简单的面试题

      这是本篇文章要讲解的题目,在main方法中定义了两个成员变量a=1,b=2. 现在需要通过swap方法把a和b的值做一个交换,交换以后输出的结果是a=2,b=1.

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思路1

大家看到这道题目的时候一定觉得很简单,不用做任何思考就把代码啪啪啪写完了 
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        这种思维逻辑很对,大家从开始学编程就已经学到了中间变量的作用,好比是两个瓶子,一瓶是可乐,一瓶是雪碧,要是想把两个瓶子里面的饮料交换一下,,那么我们首先想到的就是借助于中间变量(再找来一个空的瓶子)先把其中一瓶的饮料(雪碧或可乐)倒进空瓶,再把另一瓶的饮料(可乐或雪碧)倒进刚刚倒出饮料的瓶子,最后再把用来作为中间变量的瓶子里的饮料给现在空着的瓶子,这样就达到了交换两瓶饮料的的目的。这种做法再符合逻辑不过了

分析

我们来把变量在jvm内存中的体现通过图形的方式画出来 
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       这幅图,我相信大部分人都能看懂。实际上i1,和i2传递过来的是一个参数的副本,而在swap方法里面并没有修改a,b这个地址的值,只是改变了参数副本的值,而这个值并没有影响到a, b。那这里就涉及到一个知识点

参数传递: 值传递和引用传递

      这里有一个大家都容易误解的点:实际上在Java 应用程序有且仅有的一种参数传递机制,即按值传递 
但是为什么又会有值传递和引用传递的说法呢? 
      其实我们知道java应用程序中的变量可以分为两种类型: 引用类型和基本类型。当把这两种类型的参数传递给一个方法时,处理这两种类型的方式是相同的。两种类型都是按值传递; 
     而根据这两种类型,如果传递的是基本类型时,函数接收的是原始值的一个副本。因此,如果函数中修改了该参数,仅改变副本,而原始值保持不变; 
     如果传递的是引用类型时,函数接收到的是原始值的内存地址,而不是值的副本。因此,如果在函数中修改了该参数,调用代码中的原始值也随之改变 

     为什么要这么做呢? 我们都知道,对象类型是存储在堆里面的,一方面速度相对与基本类型比较慢,另一方面对象类型本身比较大,如果采用重新复制对象值的方法,浪费内存

结论

      所以这个时候,swap等于什么事都没做吧

思路2

     有了第一个思路的引导以后,其实我们得出的结论是,只需要在swap方法中通过修改a,b的内存地址的值就行了对吧。 那么理所当然我们会想到反射 

    那么我们通过分析Integer这个类,Integer这个类里面有一个成员变量来存储Integer类型的值

private final int value;

我们只需要通过反射拿到这个变量再去修改就可以了,所以我们代码就可以这么写了 
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分析

      这段代码写完以后,大家是不是认为大功告成了? 如果你这么想,就太单纯了。大家如果有心来分析这道题目的话,把这段代码运行一下看看结果。 是不是a =2 , b=2 ? 

       其实已经成功了50%对吧。 原因是什么呢?

第一步,从第一行代码开始

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      我们一开始定义了两个变量Integer a=1;Integer b=2; 这里面的1和2是int类型,而a 和 b是Integer类型,那么为什么他们编译的时候不报错呢? 

     那就要说到 装箱 这个概念了,如果我们规范的编写第一行代码的话,应该是Integer a=new Integer(1) , 但是在jdk5以后,jvm在这块做了优化,通过字节码来看下编译指令后发现。a=1 编译以后 是 a=Integer.valueOf(1);

     那么我们继续一步步看,进入Integer.valueOf()方法,看看这个函数究竟做了什么事情 
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      我们看到第一行代码,如果int的值在IntegerCache.low到IntegerCache.high之间,那么就直接从IntegerCache里面获取,如果是超出这个范围才会新建一个Integer类型,而默认是在-128到127之间的数,一开始就被初始化好了,所以他们只有一个实例。那么我们来验证一下

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     因为Integer i1 = 1; 实际是Integer i1 = Integer.valueOf(1),在cache里,我们找到了1对应的对象地址,然后就直接返回了;同理,i2也是cache里找到后直接返回的。这样,他们就有相同的地址,因而双等号的地址比较就是相同的。i3和i4则不在cache里,因此他们分别新建了两个对象,所以地址不同

    那么,有了这个知识点以后,我们再继续分析前面的内容

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第二步,分析关键代码

        首先,i1和i2分别指向a和b对应的内存地址,然后将i1的值传递给int型的tmp,那么这个时候tmp的值为整数值1, 接着, 我们把i2的整数值2设置给i1,那么我们来看f.set(i1,i2.intValue());这个方法 
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两个参数都是对象类型,对于第二个参数,编译器又给我们做了一次装箱处理,最终转化出来的代码就是 

i1.value=Integer.valueOf(i2.intValue()).intValue(); 
i1值的变化过程 
a、i2.intValue() -> 2 
b、Integer.valueOf(2) -> 0x1265 
c、0x1265.intValue() -> 2 
d、i1.value -> 2

i2值的变化 
这里的tmp的值等于1 ,于是执行过程如下 
Tmp=Integer.valueOf(tmp).intValue(); 
a、Integer.valueOf(1) -> 0x1234 
b、0x1234.intValue() -> 2 //因为装箱操作,所以在i1值的变化过程中修改的是同一块内存地址,因此这里的值变成了2 
c、i2.value -> 2

因此最后的结果是,a、b 都变成了2

结论

这里面涉及到两个知识点 
1. Integer的初始化缓存 
2. 反射

最终解决方案

  不要让Integer.valueOf装箱发挥作用,避免走cache就行 

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总结

我们发现一道小小的面试题,能够涉及到的知识点有这么多 
   1、函数调用的值传递; 
   2、对象引用的值是内存地址; 
   3、反射的可访问性; 
   4、java编译器的自动装箱; 
   5、Integer装箱的对象缓存。 
        所以,当我们工作到一段时间以后,技术水平不能再继续停留在表面上,而是需要逐步往深入挖掘,每一个技术的出现,每一个bug的出现都不是随机或者偶然的。而是有一定的原因。

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