2021-02-08发表2023-04-15更新Java基础

自动拆箱与装箱

有了基本类型为什么还需要包装类型呢？因为 Java 是一种面向对象语言，很多地方都需要使用对象而不是基本数据类型。比如…

概念

在说到拆箱和装箱之前，需要了解Java中有八种基本的数据类型，分别是：byte、short、char、int、long、float、double和boolean。这八种基本类型在Java中都有对应的包装类型：Byte、Short、Character、Integer、Long、Float、Double以及Boolean。

有了基本类型为什么还需要包装类型呢？因为 Java 是一种面向对象语言，很多地方都需要使用对象而不是基本数据类型。比如，在集合类中，我们是无法将 int 、double 等类型放进去的。因为集合的容器要求元素是 Object 类型。为了让基本类型也具有对象的特征，就出现了包装类型，它相当于将基本类型“包装起来”，使得它具有了对象的性质，并且为其添加了属性和方法，丰富了基本类型的操作。

自动拆装箱（1.5引入）

什么是自动拆、装箱？

自动装箱：就是将基本数据类型自动转换成对应的包装类
自动拆箱：就是将包装类自动转换成对应的基本数据类型

自动拆装箱有什么好处

方便

基本类型和包装类型转换无需手动编码实现，由编译器帮我们完成

节省空间

大部分包装类型都会有缓存的存在，缓存一定范围大小的数据。如果是在范围内大小，则直接返回缓存内的对象，而不新建。节省的存储空间

自动装箱与自动拆箱的实现原理

自动装箱都是通过包装类的 valueOf() 方法来实现的,自动拆箱都是通过包装类对象的 xxxValue() 来实现的

如有以下代码：

public static void main(String[] args) {
    Integer a = 1;
    int b = a;
}

进行反编译后的代码如下：

public static void main(String[] args) {
    Integer a = Integer.valueOf((int)1);
    int b = a.intValue();
}

从上面反编译后的代码可以看出，int 的自动装箱是通过 Integer.valueOf() 方法来实现的。Integer 的自动拆箱是通过 integer.intValue 来实现的。

如果将八种类型都反编译一遍就会发现上面说的规律：装箱valueOf(),拆箱XXXValue

自动拆装箱带来的问题

==比较问题

public static void main(String[] args) {
    Integer a = 100;
    Integer b = 100;
    Integer c = 200;
    Integer d = 200;
    Integer e = new Integer(100);
    Integer f = Integer.valueOf(100);
    System.out.println(a == b);
    System.out.println(c == d);
    System.out.println(a == e);
    System.out.println(a == f);
}

上面代码运行后输出：

true
false
false
true

由于自动装箱机制，在一定数值范围内返回的是同一个对象，在==比较时为true。但如果未命中缓存则会为false。所以比较时应该使用equals或先转成基本类型在进行

空指针问题

自动拆箱时返回的是包装对象里的xxxValue的值，如果包装类型为null，那么在拆箱的时候就会抛NPE

public static void main(String[] args) {
    Integer a = null;
    int b = a;
}

循环内自动装箱问题

public static void main(String[] args) {
    Integer num = 0;
    for (int i = 0; i < 5000; i++) {
        num += 1;
    }
}

反编译后代码：

public static void main(String[] args) {
    Integer num = Integer.valueOf((int)0);
    for (int i = 0; i < 5000; ++i) {
        num = Integer.valueOf((int)(num.intValue() + 1));
    }
}

在循环中自动装箱，相当于循环内创建对象，会造成大量的对象产生，浪费系统资源同时加重垃圾回收的工作。

Integer缓存机制

再回到上面 ==比较问题 中的代码：

public static void main(String[] args) {
    Integer a = 100;
    Integer b = 100;
    Integer c = 200;
    Integer d = 200;
    System.out.println(a == b);
    System.out.println(c == d);
}

实际执行结果 a = b 和 c != d。原因就和 Integer 中的缓存机制有关。在JDK1.5中引入缓存来节省使用包装类时内存和提高性能。实现原理是在包装内部有一个静态内部类，在内部类加载时会先创建好一定范围内的对象存到一个数组里。在调用valueOf时，在判断是不是在缓存范围内，如果是直接返回缓存数组里的，否则再新建一个对象。

缓存在第一次使用时被初始化。大小可以由JVM参数-XX:AutoBoxCacheMax=size来指定。JVM初始化时此值被设置成java.lang.Integer.IntegerCache.high属性并作为私有的系统属性保存在sun.misc.vm.class中。

在Java语言规范规定

缓存的范围

如果一个变量p的值是：

-128至127之间的整数(§3.10.1)

true 和 false的布尔值 (§3.10.3)

‘\u0000’至 ‘\u007f’之间的字符(§3.10.4)

将p包装成a和b两个对象时，可以直接使用a==b判断a和b的值是否相等。也就是这个范围中的值会使用缓存

缓存的对象
- 有ByteCache用于缓存Byte对象 有固定范围: -128 到 127
- 有ShortCache用于缓存Short对象 有固定范围: -128 到 127
- 有LongCache用于缓存Long对象 有固定范围: -128 到 127
- 有CharacterCache用于缓存Character对象 范围是 0 到 127

缓存行为不仅适用于Integer对象。针对所有的整数类型的类都有类似的缓存机制

其它约束

除了Integer以外，缓存范围都不能改变

参考资料

Java的自动拆装箱

Java中整型的缓存机制

#Java基础