Java的自动装箱与拆箱原理探讨

什么是自动装箱拆箱

自动装箱拆箱 Autoboxing and unboxing

装箱就是自动将基本数据类型转换为包装器类型；
拆箱就是自动将包装器类型转换为基本数据类型。

装箱拆箱过程是自动执行的。

//自动装箱
Integer total = 99;

//自动拆箱
int totalprim = total;

需要装箱拆箱的类型有哪些?

通过源代码理解执行过程

执行代码

package com.yueny.study.jdk.autoboxing;

/**
 * @author fengyang <deep_blue_yang@126.com>
 * @date 2020/9/30  10:54 上午
 * @title: IntegerAutobox
 * @projectName algorithm
 * @description:
 */
public class IntegerAutobox {
    public static void main(String[] args) {
        //自动装箱
        Integer totalInteger = 99;
        //自定拆箱
        int totalIntegerprim = totalInteger;
    }
}

编译得到class文件后，反编译class文件

javap -c IntegerAutobox.class

反编译class内容如下：

Compiled from "IntegerAutobox.java"
public class com.yueny.study.jdk.autoboxing.IntegerAutobox {
  public com.yueny.study.jdk.autoboxing.IntegerAutobox();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: bipush        99
       2: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
       5: astore_1
       6: aload_1
       7: invokevirtual #3                  // Method java/lang/Integer.intValue:()I
      10: istore_2
      11: return
}

Integer 的装拆箱

装箱

1、首先看Integer.valueOf函数

    public static Integer valueOf(String s, int radix) throws NumberFormatException {
        return Integer.valueOf(parseInt(s,radix));
    }
    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >=-128 && i <= 127)
            return IntegerCache.cache[i + (128)];
        return new Integer(i);
    }

它会首先判断 i 的大小：如果 i 大于等于-128并且小于等于127，则执行 IntegerCache.cache[i + 128]。否则，就创建一个Integer对象。

2、再看Integer的构造函数

    /**
     * The value of the {@code Integer}.
     *
     * @serial
     */
    private final int value;

    public Integer(int value) {
        this.value = value;
    }
    public Integer(String s) throws NumberFormatException {
        this.value = parseInt(s, 10);
    }

构造函数里面定义了一个value变量，创建一个Integer对象，就会给这个变量初始化。第二个传入的是一个String变量，它会先把它转换成一个int值，然后进行初始化。

3、再看 IntegerCache.cache[i + 128]

private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];

        static {
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                    // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                }
            }
            high = h;

            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);

            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }

        private IntegerCache() {}
}

在jdk1.8中，IntegerCache 为 Integer 的内部私有类。

IntegerCache中有3个final类型的变量：

    low：-128（一个字节能够表示的最小值）； 
    high：127（一个字节能够表示的最大值），JVM中设置的属性值（通过-XX:AutoBoxCacheMax=设置）二者取大值，再和Integer.MAX_VALUE取小值； 
    cache：在静态块中初始化为由区间[low, high]上的所有整数组成的升序数组。

经过一系列的运算，static final Integer cache[] 相当于 static final Integer[] SMALL_VALUES = new Integer[256];
它是一个静态的Integer数组对象，也就是说最终valueOf返回的都是一个Integer对象。

因此，可以初步得到一个简单的结论：因为装箱的过程会创建对应的对象，因此会额外的消耗内存，所以装箱的过程会增加内存的消耗，进而对性能会存在影响(可能影响比较微量)。

拆箱

4、intValue函数

    public int intValue() {
        return value;
    }

拆箱很简单，直接返回value值。

Integer 装拆箱总结

• 在 i >= 128 || i < -128时， 会创建不同的新对象， 分配不同的地址和内存空间。
• 在 -128 <= i < 128 会根据i的值返回已经创建好的指定的对象(IntegerCache 缓存)。

举例

code

    private static void testInteger(){
        Integer i1 = 100;
        Integer i2 = 100;

        Integer i3 = 200;
        Integer i4 = 200;

        Assert.isTrue(i1 == i2, "如果此处报错说明返回了 false。");
        System.out.println(i1 == i2);  //true

        Assert.isTrue(i3!=i4, "如果此处报错说明返回了 false");
        System.out.println(i3==i4);  //false
    }

输出结果：

true
false

说明：

• i1和i2会进行自动装箱，执行了valueOf函数，它们的值在(-128,128]这个范围内，它们会拿IntegerCache里面的同一个对象，引用到了同一个Integer对象，所以它们肯定是相等的。
  • i3和i4也会进行自动装箱，执行了valueOf函数，它们的值大于128，所以会执行new Integer(200)，也就是说它们会分别创建两个不同的对象，所以它们肯定不等。

基本类型装拆箱汇总

其实对于Java的基本类型装拆箱而言，都是大同小异的。
装箱调用的都是 valueOf 方法；拆箱调用的均是 xxxValue 方法。

我们可以总结归纳为如下几种情形：

自动装拆箱调用方法

各类型的相同值范围

分门别类

Integer派别：Integer、Short、Byte、Character、Long这几个类的valueOf方法的实现是类似的：存在缓存区间的设置。
Double派别：Double、Float的valueOf方法的实现是类似的：不存在缓存区间，每次都返回不同的对象。
Boolean: Boolean没有缓存的概念，所有的返回值全部为固定值 TRUE, FALSE。

Boolean 装拆箱代码片

   /**
     * The {@code Boolean} object corresponding to the primitive
     * value {@code true}.
     */
    public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);

    /**
     * The {@code Boolean} object corresponding to the primitive
     * value {@code false}.
     */
    public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);

    public static Boolean valueOf(boolean b) {
        return (b ? TRUE : FALSE);
    }

    public boolean booleanValue() {
        return value;
    }

回首望月

通过上面的分析，我们可以得到几点注意事项。

• 当用“Boolean bool = true”的自动装箱方式定义变量的时候，这两个变量其实指向的都是Boolean类型的缓存池中的那个值为 TRUE 的对象，所以用它们当做同步锁，其实是用的同一把锁，必然会出现竞争等待。
• 当我们使用自动装箱机制初始化变量的时候，就相当于告诉JAVA这里需要一个对象，而不是告诉JAVA这里需要一个新的对象。当我们需要一个新的对象的时候，那就自己new出来。
• 因为基本类型对应的包装器都是不可变类，它们的缓存区间一旦初始化，里面的值就无法再改变，所以在JVM运行过程中，所有的基本类型包装器的缓存池都是不变的。
• 当一个基础数据类型与封装类进行==、+、-、*、/运算时，会将封装类进行拆箱，对基础数据类型进行运算(也就是值的运算)。
  • 当进行==、+、-、*、/运算符的两个操作数都是包装器类型的引用，则是比较指向的是否是同一个对象；而如果其中有一个是基本类型时则比较的是数值（即会触发自动拆箱的过程）。

Integer num1 = 400;  
int num2 = 400;  
System.out.println(num1 == num2);   //true

Integer num1 = 100;  
int num2 = 100;  
Long num3 = 200l;  
System.out.println(num1 + num2);  //200
System.out.println(num3 == (num1 + num2));  //true

System.out.println(num3.equals(num1 + num2));  //false

• .equals 运算为 false 原因：必须满足两个条件才为true：
  • 1、类型相同
  • 2、内容相同
    上面返回false的原因就是类型不同。

@Override
public boolean equals(Object o) {
     return (o instanceof Long) && (((Long) o).value == value);
}