深入理解Java中的包裝類(lèi)與自動(dòng)拆裝箱
文章出處：安卓進(jìn)階學(xué)習(xí)指南
作者:麥田哥(Wheat7)
審核者:shixinzhang Struggle
完稿日期：2017.10.30
今兒來(lái)和大家聊一聊Java中的自動(dòng)拆裝箱問(wèn)題，也是我們安卓進(jìn)階學(xué)習(xí)指南的一部分，歡迎大家多多關(guān)注，其中的一些問(wèn)題也是我重新學(xué)習(xí)得到的，歡迎大家多多討論
什么是自動(dòng)拆裝箱
自動(dòng)拆裝箱在Java5(就是Java1.5,后邊改了命名)時(shí)被引入，自動(dòng)裝箱就是Java自動(dòng)將基礎(chǔ)類(lèi)型值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的包裝類(lèi)對(duì)象，比如將int的變量轉(zhuǎn)換成Integer對(duì)象，這個(gè)過(guò)程叫做裝箱，反之將Integer對(duì)象轉(zhuǎn)換成int類(lèi)型值，這個(gè)過(guò)程叫做拆箱。說(shuō)白了，就是個(gè)語(yǔ)法糖
基本類(lèi)型與引用類(lèi)型
稍有常識(shí)的人都看得出。。。哦，不對(duì)，稍有Java基礎(chǔ)的同學(xué)都應(yīng)該知道Java的數(shù)據(jù)類(lèi)型，大的分類(lèi)就分為基礎(chǔ)類(lèi)型與引用類(lèi)類(lèi)型
基礎(chǔ)類(lèi)型又能分為我們俗稱(chēng)的四類(lèi)八種，分別為四種整型，byte，short，int，long，他們的區(qū)別是所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度不同，也就是說(shuō)他們?cè)趦?nèi)存中分配的內(nèi)存長(zhǎng)度不同，兩種浮點(diǎn)類(lèi)型，32位的單精度浮點(diǎn)float，64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)double，1種Unicode編碼的字符單元
char，最后就是boolean，真值布爾類(lèi)型。 接下來(lái)是與我們今天主題相關(guān)的重點(diǎn)，就是基礎(chǔ)類(lèi)型是存儲(chǔ)在棧內(nèi)存中的，在程序啟動(dòng)的時(shí)候就會(huì)被初始化，就是你用或不用，他都在那里，在你聲明一個(gè)基本類(lèi)型的時(shí)候，他就被賦予了默認(rèn)的初始值，比如int類(lèi)型，就是0
并且我們?cè)贁U(kuò)展討論一下這個(gè)情況
int a = 1
int b = 1
System.out.printf(a == b) ---- true
因?yàn)?== 判斷的是內(nèi)存地址，也就是判斷兩者是否為同一個(gè)對(duì)象，基本類(lèi)型相同的值指向的是同一塊內(nèi)存區(qū)域，所以返回的是ture，這也就解釋了我們?yōu)槭裁纯梢杂?=來(lái)判斷基本類(lèi)型，而不能用 == 來(lái)判斷引用類(lèi)型，而是要用equals()方法
基本類(lèi)型并不具對(duì)象的性質(zhì)
2.引用類(lèi)型又有類(lèi)，接口，數(shù)組三種，為什么叫引用類(lèi)型，因?yàn)槲覀兊囊妙?lèi)型的對(duì)象，是存在于堆內(nèi)存中的，我們所持有的是棧內(nèi)存中指向相應(yīng)堆內(nèi)存的一個(gè)引用
這和自動(dòng)拆裝箱有什么關(guān)系？請(qǐng)看下邊
持有對(duì)象&包裝類(lèi)
在有些情況下，我們需要持有一系列的對(duì)象，也就是使用我們常用的集合類(lèi)，在這里不展開(kāi)說(shuō)，然而集合類(lèi)在設(shè)計(jì)的時(shí)候持有的是我們所有類(lèi)型的單根超類(lèi)，Object，在將對(duì)象裝入集合的時(shí)候，對(duì)象都會(huì)被向上轉(zhuǎn)型為Object類(lèi)，然后取出的時(shí)候，又通過(guò)參數(shù)化類(lèi)型，也就是我們常用的泛型菱形<>語(yǔ)法，轉(zhuǎn)型為我們裝入的原始類(lèi)型，但是如果我們呢要持有的是基本類(lèi)型呢？基礎(chǔ)類(lèi)型的并沒(méi)有父類(lèi)，所以集合類(lèi)并不能持有他，那怎么辦呢？于是Java為每一個(gè)基礎(chǔ)類(lèi)型封裝了相應(yīng)的包裝類(lèi)
| 基本類(lèi)型 | 包裝類(lèi) |
|---|---|
| byte | Byte |
| short | Short |
| int | Integer |
| long | Long |
| float | Float |
| double | Double |
| char | Character |
| boolean | Boolean |
于是我們可以這樣操作了
List<Interger> intList = new ArrayList<>();
intList.add(1);
注意后邊一句，這就是我們后邊要說(shuō)的自動(dòng)裝箱，因?yàn)閍dd方法需要傳入的是List中所持有的參數(shù)化類(lèi)型，也就是int的包裝類(lèi)型Integer，而我們傳入的是一個(gè)int類(lèi)型的值,這個(gè)int值被編譯器自動(dòng)包裝成了Integer值,這就是本文的主題，自動(dòng)拆裝箱，后邊我們會(huì)展開(kāi)細(xì)說(shuō)
你應(yīng)該會(huì)想到，數(shù)組可以來(lái)持有基本類(lèi)型啊，但是你也知道的是，有些時(shí)候我們要持有的數(shù)量是不確定的，數(shù)組在初始化的時(shí)候就必須確定長(zhǎng)度，這使我們使用數(shù)組來(lái)持有基本類(lèi)型，或是對(duì)象都有很大的局限性
集合持有對(duì)象是包裝類(lèi)最常見(jiàn)的應(yīng)用點(diǎn)，當(dāng)然也有其他地方，我們需要的是Object參數(shù)而又需要的是數(shù)值，或者是其他基本類(lèi)型的時(shí)候，也會(huì)應(yīng)用到包裝類(lèi)，包裝類(lèi)使基本類(lèi)型有了對(duì)象的性質(zhì)，并且為其添加了屬性和方法，豐富了基本類(lèi)型的操作
自動(dòng)拆裝箱
何為自動(dòng)拆裝箱，請(qǐng)看代碼
Java5以前
//裝箱
Integer integer = new Integer(10);
//拆箱
int i = integer.intValue();
Java5以后
//自動(dòng)裝箱
Integer integer = 10;
//自動(dòng)拆箱
int i = integer;
在Java5之前，你需要一個(gè)Integer類(lèi)型的對(duì)象，你需要像其他對(duì)象一樣，把他new出來(lái)(調(diào)用靜態(tài)方法Integer.valueOf(3)來(lái)創(chuàng)建對(duì)象內(nèi)部也是new，別抬杠)，拆箱需要調(diào)用intValue()方法來(lái)取出int值，而在Java5之后，你創(chuàng)建Integer類(lèi)型的對(duì)象，可以直接用int類(lèi)型賦值，Integer類(lèi)型的也能賦值給int類(lèi)型的變量
通俗點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就是基本類(lèi)型和他的包裝類(lèi)可以互相賦值了，在賦值的時(shí)候，編譯器自動(dòng)的進(jìn)行了包裝/拆箱工作，但是不僅僅是賦值的時(shí)候會(huì)發(fā)生自動(dòng)拆裝箱，請(qǐng)看下一個(gè)問(wèn)題
什么時(shí)候會(huì)發(fā)生自動(dòng)拆裝箱
- 賦值
上邊大家已經(jīng)看到了，不說(shuō)啦 - 方法調(diào)用傳入?yún)?shù)的時(shí)候
public void argAutoBoxing(Integer i) {
}
argAutoBoxing(1);
public void argAutoUnBoxing(int i) {
}
argAutoUnBoxing(new Integer(1));
3.被操作符操作的時(shí)候
Integer integer = new Integer(1);
int i = interger + 1
自動(dòng)拆裝箱是怎么實(shí)現(xiàn)的
一句話，就是編譯器幫我們自動(dòng)調(diào)用了拆裝箱的方法，以Integer/int為例子，自動(dòng)裝箱就是編譯器自動(dòng)調(diào)用了valueOf(int i)方法,自動(dòng)拆箱自動(dòng)調(diào)用了intValue()方法,其他基本類(lèi)型類(lèi)推
有哪些問(wèn)題得注意？
- 性能問(wèn)題
首先在堆內(nèi)存中創(chuàng)建對(duì)象的消耗肯定是要比使用棧內(nèi)存要多的，同時(shí)在自動(dòng)拆裝箱的時(shí)候，也有一定的性能消耗，如果在數(shù)據(jù)量比較大，或者是循環(huán)的情況下，頻繁的拆裝箱并且生成包裝類(lèi)的時(shí)候，對(duì)性能的影響就是一星半點(diǎn)了，所以不是特殊的需求，例如上述被集合持有的情況，還是使用基本類(lèi)型而不是包裝類(lèi)
在循環(huán)的時(shí)候
Integer sum = 0;
for(int i=1000; i<5000; i++){
sum+=i;
}
上面的代碼sum+=i可以看成sum = sum + i，在sum被+操作符操作的時(shí)候，會(huì)對(duì)sum進(jìn)行自動(dòng)拆箱操作，進(jìn)行數(shù)值相加操作，最后發(fā)生自動(dòng)裝箱操作轉(zhuǎn)換成Integer對(duì)象。其內(nèi)部變化如下
sum = sum.intValue() + i;
Integer sum = new Integer(result);
sum為Integer類(lèi)型，在上面的循環(huán)中會(huì)創(chuàng)建4000個(gè)無(wú)用的Integer對(duì)象，在這樣龐大的循環(huán)中，會(huì)降低程序的性能并且加重了垃圾回收的工作量。因此在我們編程時(shí)，需要注意到這一點(diǎn)，正確地聲明變量類(lèi)型，避免因?yàn)樽詣?dòng)裝箱引起的性能問(wèn)題
再舉一個(gè)例子，在Java中的HashMap的性能也受到自動(dòng)拆裝箱的影響
因?yàn)镠ashMap接收的參數(shù)類(lèi)型是HashMap <Object, Object>，所以在增刪改查的時(shí)候，都會(huì)對(duì)Key值進(jìn)行大量的自動(dòng)拆裝箱，為了解決這個(gè)問(wèn)題，Java提供了SparseArray，包括SparseBoolMap, SparseIntMap, SparseLongMap, LongSparseMap,所接受的Key值都是基本類(lèi)型的值，例如SparseIntMap就是SparseIntMap<int, Object>,在避免了大量自動(dòng)拆裝箱的同時(shí)，還降低的內(nèi)存消耗。這里就點(diǎn)到為止，具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題我們就不深入了
- 重載與自動(dòng)裝箱
在Java5之前，value(int i)和value(Integer o)是完全不相同的方法，開(kāi)發(fā)者不會(huì)因?yàn)閭魅胧莍nt還是Integer調(diào)用哪個(gè)方法困惑，但是由于自動(dòng)裝箱和拆箱的引入，處理重載方法時(shí)稍微有點(diǎn)復(fù)雜，例如在ArrayList中，有remove(int index)和remove(Object o)兩個(gè)重載方法，如果集合持有三個(gè)Integer類(lèi)型值為3,1,2的對(duì)象，我們調(diào)用remove(3), 是調(diào)用了remove的哪個(gè)重載方法？remove掉的是值為3的對(duì)象，還是remove了index為3，值為2的那個(gè)對(duì)象呢？其實(shí)問(wèn)題就是，參數(shù)3是否會(huì)被自動(dòng)打包呢？答案是：不會(huì)，在這種情況下，編譯器不會(huì)進(jìn)行自動(dòng)拆裝箱，所以調(diào)用的是remove(int index),index為3值為2的這個(gè)Integer對(duì)象會(huì)被remove
通過(guò)以下例子我們可以驗(yàn)證
public void testAutoBoxing(int i){
System.out.println("primitive argument");
}
public void testAutoBoxing(Integer integer){
System.out.println("wrapper argument");
}
//calling overloaded method
int value = 1;
test(value); //no autoboxing
Integer iValue = value;
test(iValue); //no autoboxing
Output:
primitive argument
wrapper argument
- 緩存值問(wèn)題
這個(gè)問(wèn)題是面試的?？土?/p>
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Integer i1 = 100;
Integer i2 = 100;
Integer i3 = 200;
Integer i4 = 200;
System.out.println(i1==i2);
System.out.println(i3==i4);
}
}
Output:
true
false
這是為什呢，讓我們來(lái)翻一翻源碼
public static Integer valueOf(int i) {
if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + 128];
else
return new Integer(i);
}
欸，看來(lái)問(wèn)題就出在IntegerCache類(lèi)中了,我們?cè)賮?lái)翻一下IntegerCache的實(shí)現(xiàn)類(lèi)
private static class IntegerCache {
static final int high;
static final Integer cache[];
static {
final int low = -128;
// high value may be configured by property
int h = 127;
if (integerCacheHighPropValue != null) {
// Use Long.decode here to avoid invoking methods that
// require Integer's autoboxing cache to be initialized
int i = Long.decode(integerCacheHighPropValue).intValue();
i = Math.max(i, 127);
// Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - -low);
}
high = h;
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
}
private IntegerCache() {}
}
在通過(guò)valueOf方法創(chuàng)建Integer對(duì)象的時(shí)候，如果數(shù)值在[-128,127]之間，便返回指向IntegerCache.cache中已經(jīng)存在的對(duì)象的引用；否則創(chuàng)建一個(gè)新的Integer對(duì)象。
上面的代碼中i1和i2的數(shù)值為100，因此會(huì)直接從cache中取已經(jīng)存在的對(duì)象，所以i1和i2指向的是同一個(gè)對(duì)象，而i3和i4則是分別指向不同的對(duì)象
我們?cè)賮?lái)看一題
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Double i1 = 100.0;
Double i2 = 100.0;
Double i3 = 200.0;
Double i4 = 200.0;
System.out.println(i1==i2);
System.out.println(i3==i4);
}
}
Output:
flase
flase
至于為什么，我們就不深挖下去了，小伙伴可以自己去看源碼，這里要說(shuō)的是，包裝類(lèi)都有相應(yīng)的緩存機(jī)制，來(lái)降低一般情況下的資源消耗，但是每個(gè)包裝類(lèi)的機(jī)制肯定是不一樣的，大家自己去探索
- == 和 equlas()
大家都應(yīng)該清楚明了的了解兩者的區(qū)別,一句話說(shuō)就是 == 比較的是內(nèi)存中地址，equlas()對(duì)比的為數(shù)值，因?yàn)榛绢?lèi)型相同的數(shù)值指向的同一塊內(nèi)存，所以可以用==來(lái)比較，而引用類(lèi)型則不可以
下邊我們也是直觀的使用代碼來(lái)說(shuō)明在包裝類(lèi)和自動(dòng)拆裝箱時(shí)使用==和equlas()的情況
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Integer a = 1;
Integer b = 2;
Integer c = 3;
Integer d = 3;
Integer e = 321;
Integer f = 321;
Long g = 3L;
Long h = 2L;
System.out.println(c==d);
System.out.println(e==f);
System.out.println(c==(a+b));
System.out.println(c.equals(a+b));
System.out.println(g==(a+b));
System.out.println(g.equals(a+b));
System.out.println(g.equals(a+h));
}
}
Output:
true
false
true
true
true
false
true
在包裝類(lèi)的使用和自動(dòng)拆裝箱中，使用==運(yùn)算符的時(shí)候，如果兩個(gè)操作數(shù)都是包裝器類(lèi)型的引用，則是比較指向的是否是同一個(gè)對(duì)象，而如果其中有一個(gè)操作數(shù)是表達(dá)式（即包含算術(shù)運(yùn)算）則比較的是數(shù)值（上邊說(shuō)到的的使用運(yùn)算符觸發(fā)了自動(dòng)拆箱）。另外，對(duì)于包裝器類(lèi)型，equals()方法并不會(huì)進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，和我們常見(jiàn)的對(duì)String類(lèi)型使用一樣，比較的是對(duì)象的值
理解了這個(gè)，大家應(yīng)該就對(duì)結(jié)果清晰明了了，第一句和第二句是因?yàn)樯线呎f(shuō)過(guò)的緩存機(jī)制，重點(diǎn)解釋一下第三句，a+b包含了算術(shù)運(yùn)算，因此會(huì)觸發(fā)自動(dòng)拆箱過(guò)程，因此它們比較的是數(shù)值是否相等。而對(duì)于c.equals(a+b)會(huì)先觸發(fā)自動(dòng)拆箱過(guò)程，再觸發(fā)自動(dòng)裝箱過(guò)程，也就是說(shuō)a+b，會(huì)先各自調(diào)用intValue方法，得到了加法運(yùn)算后的數(shù)值之后，便調(diào)用Integer.valueOf方法，再進(jìn)行equals比較
- 警惕NullPointerException
我們?cè)谑褂没绢?lèi)型的時(shí)候，在聲明的時(shí)候即使我們沒(méi)有對(duì)變量進(jìn)行賦值，編譯器也會(huì)自動(dòng)的為其賦予初始值，比如int值就是0，boolean就是flase，所以我們?cè)谑褂没绢?lèi)型的時(shí)候，是不會(huì)出現(xiàn)NullPointerException的，但在使用包裝類(lèi)的時(shí)候，我們就要注意這個(gè)問(wèn)題了，不能因?yàn)橛凶詣?dòng)拆裝箱這個(gè)語(yǔ)法糖，就忘記了包裝類(lèi)和基本類(lèi)型的區(qū)別，將其同等對(duì)待了，如果你沒(méi)有在使用包裝類(lèi)的時(shí)候通過(guò)顯式、或是通過(guò)自動(dòng)裝箱機(jī)制為其賦值，在你取出值、或是通過(guò)自動(dòng)拆箱使用該值的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生NullPointerException，這個(gè)是大家要注意的
總結(jié)
在Java中，使用基本類(lèi)型還是最節(jié)省資源的選擇，雖然基礎(chǔ)類(lèi)型影響了Java的"面向?qū)ο笮?，，但是犧牲換來(lái)了性能，所以在非必要的時(shí)候，所以我們應(yīng)該盡量避免使用包裝類(lèi)，并且在使用的時(shí)候，要清楚自動(dòng)拆裝箱機(jī)制，規(guī)避使用的誤區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)
某些內(nèi)容和栗子參考于網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有找到原po,感謝！
