數(shù)據(jù)類型方法論

程序本質(zhì)上是對(duì)數(shù)據(jù)的處理（邏輯運(yùn)算），因此任何語言都需先解決如何表征【數(shù)據(jù)】這個(gè)核心概念。數(shù)據(jù)作為抽象的概念，天然的包含2個(gè)方面屬性：

• 類型：類型決定了數(shù)據(jù)只能和同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算才有意義，不同類型的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換
• 數(shù)值：是數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)意義上的大小或內(nèi)容。

同時(shí)數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存或磁盤中，總是占用一定的存儲(chǔ)空間，因此一個(gè)數(shù)據(jù)在程序中是由類型、數(shù)值和存儲(chǔ)空間表示的。

Java 數(shù)據(jù)類型

Java 是一種強(qiáng)類型語言，每個(gè)變量在聲明時(shí)必須指定其數(shù)據(jù)類型。根據(jù)參數(shù)傳遞時(shí)的賦值方式，Java 中的數(shù)據(jù)類型分2類：

基本數(shù)據(jù)類型（值類型）

參數(shù)傳遞時(shí)總是以值拷貝的形式，賦值給接收變量。

本質(zhì)是對(duì)數(shù)學(xué)意義上的純數(shù)值類數(shù)據(jù)的抽象，因此又叫值類型.

注意： 基本數(shù)據(jù)類型在語言層面是不可分割的基本單元，但硬件層面并非是不可分割的，因?yàn)閮?nèi)存的讀寫是以內(nèi)存行（64位）為基本單位的，占用2個(gè)或2個(gè)以上內(nèi)存行的數(shù)據(jù)在高并發(fā)下是不安全的。

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引用類型

即參數(shù)傳遞時(shí)是以拷貝引用地址的方式傳遞給接收變量，而非復(fù)制整個(gè)"數(shù)據(jù)"本體。

除了基本數(shù)據(jù)類型外的、其他結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)類型，如字符串類型String、或自定義的類（如Person），本質(zhì)上是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界結(jié)構(gòu)化、關(guān)系化數(shù)據(jù)的抽象，因?yàn)橐粋€(gè)對(duì)象（如人）總是具備多個(gè)特征屬性的，每個(gè)屬性都是一個(gè)基本數(shù)據(jù)類型。

為什么不是拷貝值？

這類類型的變量本質(zhì)上是一段存儲(chǔ)空間的起始地址，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間的大小是由所有屬性疊加的，且是可變的，不能或很難實(shí)現(xiàn)原子性的拷貝，且空間代價(jià)很大，因此參數(shù)傳遞時(shí)并不是機(jī)械的拷貝所有屬性、所有空間，而是僅復(fù)制拷貝起始地址就行了，其他字段可以據(jù)此基地址和字段順序進(jìn)行偏移計(jì)算所得。

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值類型和引用類型的區(qū)別

• 概念方面

基本類型：變量名指向具體的數(shù)值，參數(shù)傳遞會(huì)拷貝值的副本，原值不受影響
引用類型：變量名指向存數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)存地址，參數(shù)傳遞是復(fù)制內(nèi)存段的起始地址，最終指向同一內(nèi)存段。

• 相等語義

基本類型：使用時(shí)需要賦具體值，使用 == 號(hào)判斷值是否相等。
引用類型：== 是判斷引用地址是否相同；通常應(yīng)重寫 equals 方法實(shí)現(xiàn)自定義的邏輯，如同一學(xué)生會(huì)存在多個(gè)緩存中，重寫equals，根據(jù)學(xué)號(hào)no是否相等判斷是否是同一學(xué)生。

基本數(shù)據(jù)類型（值類型）

Java 語言共提供了4 類、8 種基本類型

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整數(shù)型

是對(duì)數(shù)學(xué)中整數(shù)的表達(dá)，按照數(shù)值范圍和存儲(chǔ)空間大小順序：byte < short < int < long

浮點(diǎn)型

是對(duì)數(shù)學(xué)中的小數(shù)的表達(dá)，即有浮動(dòng)小數(shù)點(diǎn)的數(shù)，

float - 32 位，直接賦值時(shí)必須在數(shù)字后加上 f 或 F，指示編譯器這是一個(gè)float型浮點(diǎn)數(shù)
double - 64 位，賦值時(shí)一般在數(shù)字后加 d 或 D，指示編譯器這是一個(gè)double型浮點(diǎn)數(shù)

Unicode 字符型

是對(duì)Unicode編碼的表達(dá)，Unicode編碼是對(duì)全世界所有主要語言中各類字符、符號(hào)的編碼，是將文檔轉(zhuǎn)存成計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制序列進(jìn)行保存的理論基礎(chǔ)。

char- 16 位，存儲(chǔ) Unicode 碼，用單引號(hào)賦值。

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• 可計(jì)算的

java 提供字符型，可以更方便的表述字符，同時(shí)支持基于編碼的數(shù)值計(jì)算，因此char類型的值本質(zhì)還是數(shù)值，可以參與數(shù)值計(jì)算。

布爾型（真假）

是對(duì)邏輯運(yùn)算值的表達(dá)，即真True和假False。

boolean - 只有 true 和 false 兩個(gè)取值。

• 非數(shù)值

boolean 類型是非數(shù)值類型的，因此和其他基本數(shù)據(jù)類型不能參與計(jì)算。

最小使用原則

即在滿足需求的前提下，優(yōu)先使用更小的類型，可以節(jié)省大量的內(nèi)存，提升程序的性能。Java每個(gè)大類都提高了多個(gè)大小不一的類型，即是靈活的需要，更是內(nèi)存優(yōu)化的需要。

類型轉(zhuǎn)換

正如方法論中所說，不同類型的數(shù)據(jù)不能直接混合計(jì)算，必須轉(zhuǎn)換同一種類型。

Java 中，數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換有兩種方式：自動(dòng)轉(zhuǎn)換 和 強(qiáng)制轉(zhuǎn)換

自動(dòng)隱式轉(zhuǎn)換

在符合下面的規(guī)則下，Java編譯器會(huì)安全的、隱式的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，降低用戶手動(dòng)轉(zhuǎn)換的壓力。

• 自動(dòng)膨脹原則

即在精度不一致的混合場(chǎng)景下，Java編譯器會(huì)隱式的將精度較小的類型轉(zhuǎn)換成精度稍大的類型后才進(jìn)行計(jì)算，由小轉(zhuǎn)大，數(shù)據(jù)精度并不會(huì)丟失，因此是安全的。

膨脹的順序是：byte -> short/char -> int -> long -> float -> double

由下面的例子可以看出，Java編譯器不僅自動(dòng)優(yōu)化了變量類型，減少了內(nèi)存，而且自動(dòng)隱式的將 byte 轉(zhuǎn)換成了 float，整個(gè)表達(dá)式的最終結(jié)果已是float類型

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再使用精度較小的int型變量接收時(shí)就會(huì)提示出錯(cuò)。

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強(qiáng)制轉(zhuǎn)換

在不符合自動(dòng)轉(zhuǎn)換條件時(shí)或者根據(jù)用戶的需要，可以使用符號(hào)()對(duì)數(shù)據(jù)類型做強(qiáng)制的轉(zhuǎn)換。

注意！?。。?/strong>從精度大到精度小的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，因?yàn)榇鎯?chǔ)空間也會(huì)縮小一半，因此存在數(shù)據(jù)出錯(cuò)的不確定性問題，用戶自身需要自我承擔(dān)這樣的風(fēng)險(xiǎn)。

可以看到雖然編譯階段是正常的，沒有提示錯(cuò)誤，但是運(yùn)行時(shí)的結(jié)果卻是一個(gè)不確定的數(shù)據(jù)，而不是預(yù)期的。

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裝箱和拆箱

為了基本數(shù)據(jù)類型可以與引用類型互相轉(zhuǎn)換，以利用彼此的特性，Java 為每一種基本數(shù)據(jù)類型提供了相應(yīng)的包裝（封裝）類。

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包裝類和享元模式

Java基本數(shù)據(jù)類型的包裝類以value字段保留其對(duì)應(yīng)的數(shù)值，如Integer#value，可以通過構(gòu)造器或者valueof方法生成新的包裝對(duì)象實(shí)例。

• 享元模式（即緩存池模式）

因?yàn)樵诙阎袆?chuàng)建新的對(duì)象是相對(duì)比較重的操作，同時(shí)基本數(shù)據(jù)類型的自動(dòng)裝箱又是程序中最常見的情況之一，因此為為避免重復(fù)創(chuàng)建這些常用的對(duì)象，Jdk實(shí)現(xiàn)的基本類型包裝類基本都會(huì)采用緩存池的設(shè)計(jì)，即享元模式，數(shù)量由jvm參數(shù)XX:AutoBoxCacheMax指定。

饑餓池化 - 包裝類在首次加載時(shí)會(huì)對(duì)指定小范圍內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行饑餓式池化，如java.lang.Integer.IntegerCache.high指定

懶加載池化 - 對(duì)每個(gè)首次使用的其他數(shù)值進(jìn)行懶加載池化和替換

享元模式是非常重要的設(shè)計(jì)模式一直，對(duì)內(nèi)存優(yōu)化和系統(tǒng)系統(tǒng)方面都是非常友好的。

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裝箱（boxing）

即將基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)封裝類的引用類型，目的是獲得對(duì)應(yīng)封裝類的各類方法的能力。例如：int 轉(zhuǎn) Integer，編譯器是通過調(diào)用包裝類的 valueOf 方法實(shí)現(xiàn)的。

• 自動(dòng)裝箱（auto boxing）

當(dāng)基本數(shù)據(jù)類型賦值給對(duì)應(yīng)包裝類的引用類型時(shí)，Java會(huì)自動(dòng)的將基本數(shù)值類型通過其包裝類的valueOf，在堆上創(chuàng)建其對(duì)應(yīng)的包裝類對(duì)象。

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拆箱（unboxing）

是將封裝類的引用類型轉(zhuǎn)換為基本數(shù)據(jù)類型，例如：Integer 轉(zhuǎn) int，目的是可以參與常規(guī)的數(shù)學(xué)運(yùn)算。本質(zhì)是編譯器通過調(diào)用包裝類的 xxxValue 方法實(shí)現(xiàn)的。（xxx 代表對(duì)應(yīng)的基本數(shù)據(jù)類型）

• 自動(dòng)拆箱（auto unboxing）

當(dāng)包裝類與基本數(shù)據(jù)類型混合運(yùn)算時(shí)，Java會(huì)調(diào)用該包裝類的xxxValue獲得對(duì)應(yīng)的值類型的值，然后才參與表達(dá)式的計(jì)算。

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總結(jié)

最后整理了一個(gè)完整的腦圖。

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