[Java] Integer Cache

안녕하세요. 이번시간에는 Naresh Joshi의 [Java Integer Cache — Why Integer.valueOf(127) == Integer.valueOf(127) Is True] 블로그 글을 옮겨보며, Java Integer Cache에 대해서 짧게 살펴보는 시간을 가져보겠습니다.

인터뷰에서, 내 친구가 다음과 같은 질문을 받았습니다.

Integer a = 127;
Integer b = 127;

위와 같은 2개의 Integer 객체가 있습니다.

a == b (true? false?)

a == b 의 답은 뭘까요?

본문에서는 이 질문에 대한 답과, 답에 대한 설명을 말하고자 합니다. 답을 간단히 말하자면, int 리터럴을 Integer reference로 직접 대입하는 것은 auto-boxing 컨셉의 예입니다. 리터럴 값이 객체로 변환되는 코드는 컴파일러에 의해 수행되고, 컴파일 시간동안, 컴파일러는 Integer a = 127;을 Integer a = Integer.valueOf(127);로 변경합니다.

Integer 클래스는 내부에서 integer 사용을 위해 IntegerCache를 관리합니다. 이 캐시의 기본 범위는 -128 ~ 127이며, Integer.valueOf() 메소드는 캐시 범위에 해당하는 objects를 리턴합니다. 그렇기에, a와 b 둘다, 같은 object 를 가리키게 되므로, a == b가 true가 됩니다.

위의 간단한 답을 조금 더 이해하기 위해, 2가지 카테고리로 분류되는 모든 Java 타입들을 살펴봅시다.

Primitive Types : 자바에는 8개의 primitive types(byte, short, int, long, float, double, char, boolean)이 있고, 이들은 binary bits 형식으로 그들 값을 직접 가지고 있습니다.
Reference Types : Classes, Interfaces, Enums, Arrays 등과 같은 primitive types가 아닌 모든 타입들은 Reference Type입니다. Reference Type은 “object” 그 자신을 가지는 것이 아니라, “object address” 를 가지고 있습니다. 예를 들어서, Integer a = new Integer(5); Integer b = new Integer(5); 가 있을 때, a와 b는 binary 값인 5를 가지고 있는 것이 아니라, 각각 5의 값을 가지고 있는 objects의 메모리 주소값을 가지고 있습니다. 그래서, a와 b를 a == b로 비교를 할 때는 사실 두 개의 메모리 주소를 비교하는 것이고, false를 얻어야합니다. 실제 a와 b의 동치 비교(equality)를 할 때는 a.equals(b)로 비교를 해야합니다.

Reference types은 다음 4개의 카테고리로 세분화 할 수 있습니다.
- Strong, Soft, Weak, Phantom References

Java는 모든 primitive types에 대해서 wrapper classes를 제공하고있고, auto-boxing, auto-unboxing을 지원합니다.

// auto-boxing의 예, c 는 reference type
Integer c = 128; // 컴파일러가 다음과 같이 변환합니다 : Integer c = Integer.valueOf(128);   

// auto-unboxing의 예, a는 primitive type 
int e = c; //  컴파일러가 다음과 같이 변환합니다 : int e = c.intValue();

만약 a와 b interger 객체를 만들고, 비교 연산자 == 로 그들을 비교하면, false 값을 얻을 수 있습니다. 두 레퍼런스는 각각 다른 object를 들고 있기 때문이지요.

Integer a = 128; // 컴파일러가 다음과 같이 변환합니다 : Integer a = Integer.valueOf(128);
Integer b = 128; // 컴파일러가 다음과 같이 변환합니다 : Integer b = Integer.valueOf(128);

System.out.println(a == b); // false

하지만 만약 우리가 127이라는 값을 대입하고, == 로 비교한다면, true 값을 얻습니다. 왜 그럴까요?

Integer a = 127; // 컴파일러가 다음과 같이 변환합니다 : Integer a = Integer.valueOf(127);

Integer b = 127; // 컴파일러가 다음과 같이 변환합니다 : Integer b = Integer.valueOf(127);

System.out.println(a == b); // true

위 코드에서 보는 것과 같이, a와 b에 서로 다른 object를 대입하였음에도, a == b가 true를 리턴한다는 것은 a와 b가 동일한 object를 가리키고 있다는 것을 의미합니다.

어떻게 위의 비교문이 true를 리턴할 수 있을까요? 무슨 일이 일어났을까요? a와 b가 같은 object를 가리키고 있을까요? 위에서 우리는, Integer a =127; 구문이 auto-boxing의 예이고, 컴파일러가 자동으로 이 라인을 Integer a = Integer.valueOf(127);로 바꿔준다는 것을 알고있습니다.

이런 integer object들을 반환하는 Integer.valueOf() 메소드가 무엇인가를 하고 있다는 것을 알 수 있습니다. Integer.valueOf() 소스코드를 살펴보면, 우리는 다음과 같은 사실을 알 수 있습니다.

우리가 IntegerCache.low 보다 크고 IntegerCache.high 보다 작은 int 리터럴 i를 넘긴다면, Integer.valueOf() 메소드는 IntegerCache 로부터 Integer 객체들을 리턴합니다. IntegerCache.low 와 IntegerCache.high 의 기본값은 각각 -128과 127입니다.

즉, Integer.valueOf() 메소드는 -128 에서 127 사이의 int literal을 넘겨줄 때, 새로운 Integer 객체를 생성하고 리턴하는 대신, 내부의 IntegerCache 객체에서 Integer 객체를 반환한다는 것입니다.

/** 
* Returns an {@code Integer} instance representing the specified 
* {@code int} value. If a new {@code Integer} instance is not 
* required, this method should generally be used in preference to 
* the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely 
* to yield significantly better space and time performance by 
* caching frequently requested values. 
* 
* This method will always cache values in the range -128 to 127, 
* inclusive, and may cache other values outside of this range. 
* 
* @param i an {@code int} value. 
* @return an {@code Integer} instance representing {@code i}. 
* @since 1.5 
*/ 
public static Integer valueOf(int i) { 
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high) 
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)]; 
    return new Integer(i); 
}

Java는 -128 부터 127 범위의 정수 객체를 캐싱합니다. 왜냐하면, 이 범위의 정수들은 개발할 때 빈번하게 사용되기 때문입니다.

Integer Cache Source Code

캐시는 static block에 의해 IntegerCache 클래스가 메모리에 로드되는 처음에 초기화됩니다. 캐시의 최대값은 JVM 옵션을 통해 다음과 같이 조정할 수 있습니다.

-XX:AutoBoxCacheMax

이러한 캐싱은 Integer 객체에만 적용되는 것이 아닙니다. Integer.IntegerCache 처럼, ByteCache, ShortCache, LongCache, CharacterCache도 각각 존재합니다.

Byte, Short, Long 타입은 -127부터 127까지의(-127<=, <=127) 고정된 캐시값을 가집니다. 하지만, Character는 0부터 127(0<=, <=127)까지의 고정된 캐시값을 가집니다. 범위를 수정하는 것은 Integer만 수정할 수 있으며, 다른 타입에는 수정이 불가능합니다.

다음 git repository에서 본문의 전체 소스코드를 참조할 수 있습니다. 값진 피드백 부탁드립니다. Github Repository

Share this post