通過JDK源碼角度分析Long類詳解
概況
Java的Long類主要的作用就是對基本類型long進行封裝，提供了一些處理long類型的方法，比如long到String類型的轉(zhuǎn)換方法或String類型到long類型的轉(zhuǎn)換方法，當然也包含與其他類型之間的轉(zhuǎn)換方法。除此之外還有一些位相關(guān)的操作。
Java long數(shù)據(jù)類型
long數(shù)據(jù)類型是64位有符號的Java原始數(shù)據(jù)類型。當對整數(shù)的計算結(jié)果可能超出int數(shù)據(jù)類型的范圍時使用。
long數(shù)據(jù)類型范圍是-9,223,372,036,854,775,808至9,223,372,036,854,775,807(-2^63至2^63-1)。
long數(shù)據(jù)類型范圍內(nèi)的所有整數(shù)稱為long類型的整數(shù)字面量。long類型的整數(shù)常數(shù)總是以大寫L或小寫l結(jié)尾。
以下是使用long類型的整數(shù)字面量的示例：
long num1 = 0L; long num2 = 4L; long mum3 = -3; long num4 = 8; long num5 = -1L;
本文主要介紹的是通過JDK源碼分析Long類的相關(guān)內(nèi)容，分享出來供大家參考學習，下面話不多說了，來一起看看詳細的介紹吧。
繼承結(jié)構(gòu)
--java.lang.Object --java.lang.Number --java.lang.Long
主要屬性
public static final long MIN_VALUE = 0x8000000000000000L;
public static final long MAX_VALUE = 0x7fffffffffffffffL;
public static final int BYTES = SIZE / Byte.SIZE;
public static final int SIZE = 64;
public static final Class<Long> TYPE = (Class<Long>) Class.getPrimitiveClass("long");
- MIN_VALUE靜態(tài)變量表示long能取的最小值，為-2的63次方，被final修飾說明不可變。
- 類似的還有MAX_VALUE，表示long最大值為2的63次方減1。
- SIZE用來表示二進制補碼形式的long值的比特數(shù)，值為64，靜態(tài)變量且不可變。
- BYTES用來表示二進制補碼形式的long值的字節(jié)數(shù)，值為SIZE除于Byte.SIZE，結(jié)果為8。
- TYPE的toString的值是long。
Class的getPrimitiveClass是一個native方法，在Class.c中有個Java_java_lang_Class_getPrimitiveClass方法與之對應，所以JVM層面會通過JVM_FindPrimitiveClass函數(shù)根據(jù)”long”字符串獲得jclass，最終到Java層則為Class<Long>。
JNIEXPORT jclass JNICALL
Java_java_lang_Class_getPrimitiveClass(JNIEnv *env,
jclass cls,
jstring name)
{
const char *utfName;
jclass result;
if (name == NULL) {
JNU_ThrowNullPointerException(env, 0);
return NULL;
}
utfName = (*env)->GetStringUTFChars(env, name, 0);
if (utfName == 0)
return NULL;
result = JVM_FindPrimitiveClass(env, utfName);
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, name, utfName);
return result;
}
當TYPE執(zhí)行toString時，邏輯如下，則其實是getName函數(shù)決定其值，getName通過native方法getName0從JVM層獲取名稱，
public String toString() {
return (isInterface() ? "interface " : (isPrimitive() ? "" : "class "))
+ getName();
}
getName0根據(jù)一個數(shù)組獲得對應的名稱，JVM根據(jù)Java層的Class可得到對應類型的數(shù)組下標，比如這里下標為11，則名稱為”long”。
const char* type2name_tab[T_CONFLICT+1] = {
NULL, NULL, NULL, NULL,
"boolean",
"char",
"float",
"double",
"byte",
"short",
"int",
"long",
"object",
"array",
"void",
"*address*",
"*narrowoop*",
"*conflict*"
};
LongCache內(nèi)部類
private static class LongCache {
private LongCache(){}
static final Long cache[] = new Long[-(-128) + 127 + 1];
static {
for(int i = 0; i < cache.length; i++)
cache[i] = new Long(i - 128);
}
}
LongCache是Long的一個內(nèi)部類，它包含了long可能值的Long數(shù)組，默認范圍是[-128,127]，它不會像Byte類將所有可能值緩存起來，因為long類型范圍很大，將它們?nèi)烤彺嫫饋泶鷥r太高，而Byte類型就是從-128到127，一共才256個。這里默認只實例化256個Long對象，當Long的值范圍在[-128,127]時則直接從緩存中獲取對應的Long對象，不必重新實例化。這些緩存值都是靜態(tài)且final的，避免重復的實例化和回收。
主要方法
parseLong方法
public static long parseLong(String s) throws NumberFormatException {
return parseLong(s, 10);
}
public static long parseLong(String s, int radix)
throws NumberFormatException
{
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");
}
long result = 0;
boolean negative = false;
int i = 0, len = s.length();
long limit = -Long.MAX_VALUE;
long multmin;
int digit;
if (len > 0) {
char firstChar = s.charAt(0);
if (firstChar < '0') { // Possible leading "+" or "-"
if (firstChar == '-') {
negative = true;
limit = Long.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;
}
兩個parseLong方法，主要看第二個即可，第一個參數(shù)是待轉(zhuǎn)換的字符串，第二個參數(shù)表示進制數(shù)。怎么更好理解這個參數(shù)呢？舉個例子，Long.parseLong("100",10)表示十進制的100，所以值為100，而Long.parseLong("100",2)表示二進制的100，所以值為4。另外如果Long.parseLong("10000000000000000000",10)會拋出java.lang.NumberFormatException異常。
該方法的邏輯是首先判斷字符串不為空且進制數(shù)在Character.MIN_RADIX和Character.MAX_RADIX之間，即2到36。然后判斷輸入的字符串的長度必須大于0，再根據(jù)第一個字符可能為數(shù)字或負號或正號進行處理。核心處理邏輯是字符串轉(zhuǎn)換數(shù)字，n進制轉(zhuǎn)成十進制辦法基本大家都知道的了，假如357為8進制，則結(jié)果為$3*8^2+5*8^1+7*8^0 = 239$，假如357為十進制，則結(jié)果為$3*10^2+5*10^1+7*10^0 = 357$，上面的轉(zhuǎn)換方法也差不多是根據(jù)此方法，只是稍微轉(zhuǎn)變了思路，方式分別為$((3*8+5)*8+7) = 239$和$((3*10+5)*10+7)=357$。從中可以推出規(guī)則了，從左到右遍歷字符串的每個字符，然后乘以進制數(shù)，再加上下一個字符，接著再乘以進制數(shù)，再加上下個字符，不斷重復，直到最后一個字符。除此之外另外一個不同就是上面的轉(zhuǎn)換不使用加法來做，全都轉(zhuǎn)成負數(shù)來運算，其實可以看成是等價了，這個很好理解，而為什么要這么做就要歸咎到long類型的范圍了，因為負數(shù)Long.MIN_VALUE變化為正數(shù)時會導致數(shù)值溢出，所以全部都用負數(shù)來運算。
構(gòu)造函數(shù)
public Long(String s) throws NumberFormatException {
this.value = parseLong(s, 10);
}
public Long(long value) {
this.value = value;
}
包含兩種構(gòu)造函數(shù)，分別可以傳入long和String類型。它是通過調(diào)用parseLong方法進行轉(zhuǎn)換的，所以轉(zhuǎn)換邏輯與上面的parseLong方法一樣。
static void getChars(long i, int index, char[] buf) {
long q;
int r;
int charPos = index;
char sign = 0;
if (i < 0) {
sign = '-';
i = -i;
}
while (i > Integer.MAX_VALUE) {
q = i / 100;
// really: r = i - (q * 100);
r = (int)(i - ((q << 6) + (q << 5) + (q << 2)));
i = q;
buf[--charPos] = Integer.DigitOnes[r];
buf[--charPos] = Integer.DigitTens[r];
}
int q2;
int i2 = (int)i;
while (i2 >= 65536) {
q2 = i2 / 100;
r = i2 - ((q2 << 6) + (q2 << 5) + (q2 << 2));
i2 = q2;
buf[--charPos] = Integer.DigitOnes[r];
buf[--charPos] = Integer.DigitTens[r];
}
for (;;) {
q2 = (i2 * 52429) >>> (16+3);
r = i2 - ((q2 << 3) + (q2 << 1));
buf[--charPos] = Integer.digits[r];
i2 = q2;
if (i2 == 0) break;
}
if (sign != 0) {
buf[--charPos] = sign;
}
}
該方法主要做的事情是將某個long型數(shù)值放到char數(shù)組里面，比如把357按順序放到char數(shù)組中。這里面處理用了較多技巧，將long拆成高位4個字節(jié)和低位4個字節(jié)處理分開處理，while (i >= Integer.MAX_VALUE)部分就是處理高位的4個字節(jié)，每次處理2位數(shù)，這里有個特殊的地方((q << 6) + (q << 5) + (q << 2))其實等于q*100,Integer.DigitTens和Integer.DigitOnes數(shù)組在前面Integer文章中已經(jīng)講過它的作用了，用來獲取十位和個位。
接著看怎么處理低4個字節(jié)，它繼續(xù)將4個字節(jié)分為高位2個字節(jié)和低位2個字節(jié)，while (i >= 65536)部分就是處理高位的兩個字節(jié)，每次處理2位數(shù)，處理邏輯與高位4個字節(jié)的處理邏輯一樣。
再看接下去的低位的兩個字節(jié)怎么處理，其實本質(zhì)也是求余思想，但又用了一些技巧，比如(i * 52429) >>> (16+3)其實約等于i/10， ((q << 3) + (q << 1))其實等于q*10，然后再通過Integer.digits數(shù)組獲取到對應的字符?？梢钥吹降臀惶幚頃r它盡量避開了除法，取而代之的是用乘法和右移來實現(xiàn)，可見除法是一個比較耗時的操作，比起乘法和移位。另外也可以看到能用移位和加法來實現(xiàn)乘法的地方也盡量不用乘法，這也說明乘法比起它們更加耗時。而高位處理時沒有用移位是因為做乘法后可能會溢出。
toString方法
public static String toString(long i) {
if (i == Long.MIN_VALUE)
return "-9223372036854775808";
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(long i, int radix) {
if (radix < Character.MIN_RADIX || radix > Character.MAX_RADIX)
radix = 10;
if (radix == 10)
return toString(i);
char[] buf = new char[65];
int charPos = 64;
boolean negative = (i < 0);
if (!negative) {
i = -i;
}
while (i <= -radix) {
buf[charPos--] = Integer.digits[(int)(-(i % radix))];
i = i / radix;
}
buf[charPos] = Integer.digits[(int)(-i)];
if (negative) {
buf[--charPos] = '-';
}
return new String(buf, charPos, (65 - charPos));
}
一共有3個toString方法，兩個靜態(tài)方法一個是非靜態(tài)方法，第一個toString方法很簡單，就是先用stringSize得到數(shù)字是多少位，再用getChars獲取數(shù)字對應的char數(shù)組，最后返回一個String類型。第二個toString調(diào)用第一個toString，沒啥好說。第三個toString方法是帶了進制信息的，它會轉(zhuǎn)換成對應進制的字符串。凡是不在2到36進制范圍之間的都會被處理成10進制，我們都知道從十進制轉(zhuǎn)成其他進制時就是不斷地除于進制數(shù)得到余數(shù)，然后把余數(shù)反過來串起來就是最后結(jié)果，所以這里其實也是這樣子做的，得到余數(shù)后通過digits數(shù)組獲取到對應的字符，而且這里是用負數(shù)的形式來運算的。
valueOf方法
public static Long valueOf(long l) {
final int offset = 128;
if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache
return LongCache.cache[(int)l + offset];
}
return new Long(l);
}
public static Long valueOf(String s) throws NumberFormatException
{
return Long.valueOf(parseLong(s, 10));
}
public static Long valueOf(String s, int radix) throws NumberFormatException {
return Long.valueOf(parseLong(s, radix));
}
有三個valueOf方法，核心邏輯在第一個valueOf方法中，因為LongCache緩存了[-128,127]值的Long對象，對于在范圍內(nèi)的直接從LongCache的數(shù)組中獲取對應的Long對象即可，而在范圍外的則需要重新實例化了。
decode方法
public static Long decode(String nm) throws NumberFormatException {
int radix = 10;
int index = 0;
boolean negative = false;
Long result;
if (nm.length() == 0)
throw new NumberFormatException("Zero length string");
char firstChar = nm.charAt(0);
if (firstChar == '-') {
negative = true;
index++;
} else if (firstChar == '+')
index++;
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 = Long.valueOf(nm.substring(index), radix);
result = negative ? Long.valueOf(-result.longValue()) : result;
} catch (NumberFormatException e) {
String constant = negative ? ("-" + nm.substring(index))
: nm.substring(index);
result = Long.valueOf(constant, radix);
}
return result;
}
decode方法主要作用是解碼字符串轉(zhuǎn)成Long型，比如Long.decode("11")的結(jié)果為11；Long.decode("0x11")和Long.decode("#11")結(jié)果都為17，因為0x和#開頭的會被處理成十六進制；Long.decode("011")結(jié)果為9，因為0開頭會被處理成8進制。
xxxValue方法
public byte byteValue() {
return (byte)value;
}
public short shortValue() {
return (short)value;
}
public int intValue() {
return (int)value;
}
public long longValue() {
return value;
}
public float floatValue() {
return (float)value;
}
public double doubleValue() {
return (double)value;
}
包括shortValue、intValue、longValue、byteValue、floatValue和doubleValue等方法，其實就是轉(zhuǎn)換成對應的類型。
hashCode方法
public int hashCode() {
return Long.hashCode(value);
}
public static int hashCode(long value) {
return (int)(value ^ (value >>> 32));
}
可以看到hashCode方法返回的事int類型，首先將long型值無符號右移32位，再和原來的值進行異或運算，最后返回int類型值。
hashCode方法
public boolean equals(Object obj) {
if (obj instanceof Long) {
return value == ((Long)obj).longValue();
}
return false;
}
比較是否相同時先判斷是不是Long類型再比較值。
compare方法
public static int compare(long x, long y) {
return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
}
x小于y則返回-1，相等則返回0，否則返回1。
無符號轉(zhuǎn)換
private static BigInteger toUnsignedBigInteger(long i) {
if (i >= 0L)
return BigInteger.valueOf(i);
else {
int upper = (int) (i >>> 32);
int lower = (int) i;
return (BigInteger.valueOf(Integer.toUnsignedLong(upper))).shiftLeft(32).
add(BigInteger.valueOf(Integer.toUnsignedLong(lower)));
}
}
public static String toUnsignedString(long i) {
return toUnsignedString(i, 10);
}
public static String toUnsignedString(long i, int radix) {
if (i >= 0)
return toString(i, radix);
else {
switch (radix) {
case 2:
return toBinaryString(i);
case 4:
return toUnsignedString0(i, 2);
case 8:
return toOctalString(i);
case 10:
long quot = (i >>> 1) / 5;
long rem = i - quot * 10;
return toString(quot) + rem;
case 16:
return toHexString(i);
case 32:
return toUnsignedString0(i, 5);
default:
return toUnsignedBigInteger(i).toString(radix);
}
}
}
toUnsignedBigInteger方法將long轉(zhuǎn)成BigInteger類型，主要用BigInteger.valueOf進行轉(zhuǎn)換，如果小于0則需要先轉(zhuǎn)成高4字節(jié)和低4字節(jié)，然后再轉(zhuǎn)換。
toUnsignedString方法中，對于大于0的long值直接用toString轉(zhuǎn)換，而小于0的則要按照進制不同分別做不同處理。
bitCount方法
public static int bitCount(long i) {
// HD, Figure 5-14
i = i - ((i >>> 1) & 0x5555555555555555L);
i = (i & 0x3333333333333333L) + ((i >>> 2) & 0x3333333333333333L);
i = (i + (i >>> 4)) & 0x0f0f0f0f0f0f0f0fL;
i = i + (i >>> 8);
i = i + (i >>> 16);
i = i + (i >>> 32);
return (int)i & 0x7f;
}
該方法主要用于計算二進制數(shù)中1的個數(shù)。一看有點懵，都是移位和加減操作。先將重要的列出來，0x5555555555555555L等于0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101，0x3333333333333333L等于0011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011，0x0f0f0f0f0f0f0f0fL等于0000111100001111000011110000111100001111000011110000111100001111。它的核心思想就是先每兩位一組統(tǒng)計看有多少個1，比如10011111則每兩位有1、1、2、2個1，記為01011010，然后再算每四位一組看有多少個1，而01011010則每四位有2、4個1，記為00100100，接著每8位一組就為00000110，接著16位，32位，64位，最終在與0x7f進行與運算，得到的數(shù)即為1的個數(shù)。
highestOneBit方法
public static long highestOneBit(long i) {
// HD, Figure 3-1
i |= (i >> 1);
i |= (i >> 2);
i |= (i >> 4);
i |= (i >> 8);
i |= (i >> 16);
i |= (i >> 32);
return i - (i >>> 1);
}
該方法返回i的二進制中最高位的1，其他全為0的值。比如i=10時，二進制即為1010，最高位的1，其他為0，則是1000。如果i=0，則返回0。如果i為負數(shù)則固定返回-2147483648，因為負數(shù)的最高位一定是1，即有1000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000。這一堆移位操作是什么意思？其實也不難理解，將i右移一位再或操作，則最高位1的右邊也為1了，接著再右移兩位并或操作，則右邊1+2=3位都為1了，接著1+2+4=7位都為1，直到1+2+4+8+16+32=63都為1，最后用i - (i >>> 1)自然得到最終結(jié)果。
lowestOneBit方法
public static long lowestOneBit(long i) {
return i & -i;
}
與highestOneBit方法對應，lowestOneBit獲取最低位1，其他全為0的值。這個操作較簡單，先取負數(shù)，這個過程需要對正數(shù)的i取反碼然后再加1，得到的結(jié)果和i進行與操作，剛好就是最低位1其他為0的值了。
numberOfLeadingZeros方法
public static int numberOfLeadingZeros(long i) {
if (i == 0)
return 64;
int n = 1;
int x = (int)(i >>> 32);
if (x == 0) { n += 32; x = (int)i; }
if (x >>> 16 == 0) { n += 16; x <<= 16; }
if (x >>> 24 == 0) { n += 8; x <<= 8; }
if (x >>> 28 == 0) { n += 4; x <<= 4; }
if (x >>> 30 == 0) { n += 2; x <<= 2; }
n -= x >>> 31;
return n;
}
該方法返回i的二進制從頭開始有多少個0。i為0的話則有64個0。這里處理其實是體現(xiàn)了二分查找思想的，先看高32位是否為0，是的話則至少有32個0，否則左移16位繼續(xù)往下判斷，接著右移24位看是不是為0，是的話則至少有16+8=24個0，以此類推，直到最后得到結(jié)果。
numberOfTrailingZeros方法
public static int numberOfTrailingZeros(long i) {
int x, y;
if (i == 0) return 64;
int n = 63;
y = (int)i; if (y != 0) { n = n -32; x = y; } else x = (int)(i>>>32);
y = x <<16; if (y != 0) { n = n -16; x = y; }
y = x << 8; if (y != 0) { n = n - 8; x = y; }
y = x << 4; if (y != 0) { n = n - 4; x = y; }
y = x << 2; if (y != 0) { n = n - 2; x = y; }
return n - ((x << 1) >>> 31);
}
與前面的numberOfLeadingZeros方法對應，該方法返回i的二進制從尾開始有多少個0。它的思想和前面的類似，也是基于二分查找思想，詳細步驟不再贅述。
reverse方法
public static long reverse(long i) {
i = (i & 0x5555555555555555L) << 1 | (i >>> 1) & 0x5555555555555555L;
i = (i & 0x3333333333333333L) << 2 | (i >>> 2) & 0x3333333333333333L;
i = (i & 0x0f0f0f0f0f0f0f0fL) << 4 | (i >>> 4) & 0x0f0f0f0f0f0f0f0fL;
i = (i & 0x00ff00ff00ff00ffL) << 8 | (i >>> 8) & 0x00ff00ff00ff00ffL;
i = (i << 48) | ((i & 0xffff0000L) << 16) |
((i >>> 16) & 0xffff0000L) | (i >>> 48);
return i;
}
該方法即是將i進行反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)就是第1位與第64位對調(diào)，第二位與第63位對調(diào)，以此類推。它的核心思想是先將相鄰兩位進行對換，比如10100111對換01011011，接著再將相鄰四位進行對換，對換后為10101101，接著將相鄰八位進行對換，最后把64位中中間的32位對換，然后最高16位再和最低16位對換。
toHexString和toOctalString方法
public static String toHexString(long i) {
return toUnsignedString0(i, 4);
}
public static String toOctalString(long i) {
return toUnsignedString0(i, 3);
}
public static String toBinaryString(long i) {
return toUnsignedString0(i, 1);
}
static String toUnsignedString0(long val, int shift) {
int mag = Long.SIZE - Long.numberOfLeadingZeros(val);
int chars = Math.max(((mag + (shift - 1)) / shift), 1);
char[] buf = new char[chars];
formatUnsignedLong(val, shift, buf, 0, chars);
return new String(buf, true);
}
static int formatUnsignedLong(long 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[((int) val) & mask];
val >>>= shift;
} while (val != 0 && charPos > 0);
return charPos;
}
這幾個方法類似，合到一起講?？疵志椭擂D(zhuǎn)成2進制、8進制和16進制的字符串?？梢钥吹蕉际情g接調(diào)用toUnsignedString0方法，該方法會先計算轉(zhuǎn)換成對應進制需要的字符數(shù)，然后再通過formatUnsignedInt方法來填充字符數(shù)組，該方法做的事情就是使用進制之間的轉(zhuǎn)換方法來獲取對應的字符。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。
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