什么是自动装箱和拆箱

自动装箱就是Java自动将原始类型值转换成对应的对象,比如将int的变量转换成Integer对象,这个过程叫做装箱,反之将Integer对象转换成int类型值,这个过程叫做拆箱。因为这里的装箱和拆箱是自动进行的非人为转换,所以就称作为自动装箱和拆箱。原始类型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 对应的封装类为Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。

下面例子是自动装箱和拆箱带来的疑惑

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

    public static void test() {
        int i = 40;
        int i0 = 40;
        Integer i1 = 40;
        Integer i2 = 40;
        Integer i3 = 0;
        Integer i4 = new Integer(40);
        Integer i5 = new Integer(40);
        Integer i6 = new Integer(0);
        Double d1 = 1.0;
        Double d2 = 1.0;

        System.out.println("i=i0\t" + (i == i0));
        System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2));
        System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));
        System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5));
        System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));
        System.out.println("d1=d2\t" + (d1 == d2));

        System.out.println();
    }
}


请看下面的输出结果跟你预期的一样吗?

输出的结果:
i=i0          true
i1=i2         true
i1=i2+i3      true
i4=i5         false
i4=i5+i6      true
d1=d2         false

为什么会这样?带着疑问继续往下看。

自动装箱和拆箱的原理

自动装箱时编译器调用valueOf将原始类型值转换成对象,同时自动拆箱时,编译器通过调用类似intValue(),doubleValue()这类的方法将对象转换成原始类型值。

明白自动装箱和拆箱的原理后,我们带着上面的疑问进行分析下Integer的自动装箱的实现源码。如下:

public static Integer valueOf(int i) {
    //判断i是否在-128和127之间,存在则从IntegerCache中获取包装类的实例,否则new一个新实例
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

//使用亨元模式,来减少对象的创建(亨元设计模式大家有必要了解一下,我认为是最简单的设计模式,也许大家经常在项目中使用,不知道他的名字而已)
private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];

    //静态方法,类加载的时候进行初始化cache[],静态变量存放在常量池中
    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() {
    }
}

Integer i1 = 40; 自动装箱,相当于调用了Integer.valueOf(40);方法。

    首先判断i值是否在-128和127之间,如果在-128和127之间则直接从IntegerCache.cache缓存中获取指定数字的包装类;不存在则new出一个新的包装类。
    IntegerCache内部实现了一个Integer的静态常量数组,在类加载的时候,执行static静态块进行初始化-128到127之间的Integer对象,存放到cache数组中。cache属于常量,存放在java的方法区中。
    如果你不了解方法区请点击这里查看JVM内存模型

接着看下面是java8种基本类型的自动装箱代码实现。如下:

//boolean原生类型自动装箱成Boolean
public static Boolean valueOf(boolean b) {
    return (b ? TRUE : FALSE);
}

//byte原生类型自动装箱成Byte
public static Byte valueOf(byte b) {
    final int offset = 128;
    return ByteCache.cache[(int) b + offset];
}

//byte原生类型自动装箱成Byte
public static Short valueOf(short s) {
    final int offset = 128;
    int sAsInt = s;
    if (sAsInt >= -128 && sAsInt <= 127) { // must cache
        return ShortCache.cache[sAsInt + offset];
    }
    return new Short(s);
}

//char原生类型自动装箱成Character
public static Character valueOf(char c) {
    if (c <= 127) { // must cache
        return CharacterCache.cache[(int) c];
    }
    return new Character(c);
}

//int原生类型自动装箱成Integer
public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

//int原生类型自动装箱成Long
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);
}

//double原生类型自动装箱成Double
public static Double valueOf(double d) {
    return new Double(d);
}

//float原生类型自动装箱成Float
public static Float valueOf(float f) {
    return new Float(f);
}

通过分析源码发现,只有double和float的自动装箱代码没有使用缓存,每次都是new 新的对象,其它的6种基本类型都使用了缓存策略。

    使用缓存策略是因为,缓存的这些对象都是经常使用到的(如字符、-128至127之间的数字),防止每次自动装箱都创建一次对象的实例。
    而double、float是浮点型的,没有特别的热的(经常使用到的)数据的,缓存效果没有其它几种类型使用效率高。

下面在看下装箱和拆箱问题解惑。

//1、这个没解释的就是true
System.out.println("i=i0\t" + (i == i0));  //true
//2、int值只要在-128和127之间的自动装箱对象都从缓存中获取的,所以为true
System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2));  //true
//3、涉及到数字的计算,就必须先拆箱成int再做加法运算
//所以不管他们的值是否在-128和127之间,只要数字一样就为true
System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));//true  
//比较的是对象内存地址,所以为false
System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5));  //false
//5、同第3条解释,拆箱做加法运算,对比的是数字,所以为true
System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));//true      
//double的装箱操作没有使用缓存,每次都是new Double,所以false
System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));//false

相信你看到这就应该能明白上面的程序输出的结果为什么是true,false了,只要掌握原理,类似的问题就迎刃而解了。