基本数据类型和包装类

基本数据类型

Java基本数据按类型可以分为四大类：布尔型，整数型，浮点型，字符型，这四大类包含8中基本数据类型。

• 布尔型：boolean
• 整数型：byte、short、int、long
• 浮点型：float、double
• 字符型：char

8种基本类型取值如下：

数据类型	代表含义	默认值	取值	包装类
boolean	布尔型	false	0(false)/1(true)	Boolean
byte	字节型	(byte)0	-128到127	Byte
char	字符型	'u0000'(空)	'u0000'到'uFFFF'	Character
short	短整数型	(short)0	-2^15到2^15	Short
int	整数型	0	-2^31到2^31-1	Integer
long	长整数型	0L	-2^63到2^63-1	Long
float	单浮点型	0.0f	1.4e-45到3.4e+38	Float
double	双浮点型	0.0d	4.9e-324到1.798e+308	Double

 除char的包装类Character和int的包装类Integer之外，其他基本数据类型的包装类只需要首字母大写即可。包装类的作用和特点，本文下半部分详细讲解。

我们可以在代码中，查看某种类型的取值范围，代码如下：

    public static void main(String[] args) {
        // Byte 取值：-128 ~ 127
        System.out.println(String.format("Byte 取值： %d ~ %d", Byte.MIN_VALUE,Byte.MAX_VALUE));
        // Integer 取值： -2147483648 ~ 2147483647
        System.out.println(String.format("Integer 取值： %s ~ %s", Integer.MIN_VALUE,Integer.MAX_VALUE));
    }

包装类型

我们知道8种基本数据类型都有其对应的包装类，因为Java的设计思想是万物既对象，有很多时候我们需要以对象的形式操作器某项功能，比如说获取哈希值（hashcode）或获取类（getClass）等。

那包装类特性有哪些呢？

1.功能丰富

包装类本质上是一个对象，对象就包含属性和方法，比如hashCode、getClass、max、min等。

2.可定义泛型类型参数

包装类可以定义泛型，而基本类型不行。

比如使用Integer定义泛型，代码：

List<Integer> list = new ArrayList<>();

如果使用int定义就会报错，代码：

3.序列化

因为包装类都实现了Serializable接口，所以包装类天然支持序列化和反序列化。比如Integer的类图如下：

4.类型转换

包装类提供了类型转换的方法，可以很方便的实现类型之间的转换，比如Integer类型转换代码：

        String age = "18";
        int ageInt = Integer.parseInt(age) + 2;
        //输出结果：20
        System.out.println(ageInt);

5.高频区间的数据缓存

此特性为包装类很重要的用途之一，用于高频区间的数据缓存，以Integer为例来说，在数值区间为-128~127时，会直接复用已有对象，在这区间之外的数字才会在堆上产生。

我们使用 == 对 Integer 进行验证，代码如下：

    public static void main(String[] args) {
        // Integer 高频区缓存范围 -128 ~ 127
        Integer num1 = 127;
        Integer num2 = 127;
        // Integer 取值127 == 结果为 true （值127 num1==num2 =>true）
        System.out.println("值127 num1==num2 =>" + (num1 == num2));

        Integer num3 = 128;
        Integer num4 = 128;
        // Integer 取值128 == 结果为 false （值128 num3==num4 =>false）
        System.out.println("值128 num3==num4 =>" + (num3 == num4));
    }

从上面的代码很明显可以看出，Integer为127时复用了已有的对象，当值为128时，重新在堆上生成了新对象。

为什么会产生高频区域数据缓存呢？我们查看源码就能发现“线索”，源码版本 JDK8，源码如下：

    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }

由此可见，高频区域的数值会直接使用已有对象，非高频区域的数值会重新new一个新的对象。

各包装类高频区域的取值范围：

• Boolean: 使用静态final定义，就会返回静态值
• Byte：缓冲区 -128~127
• Short：缓冲区 -128~127
• Character：缓冲区 0~127
• Long：缓冲区 -128~127
• Integer：缓冲区 -128~127

包装类的注意事项

• int默认值是0，而Integer的默认值是null
• 推荐所有包装类对象之间的值比较实用equals()方法，因为包装类的非高频去数据会在堆上产生，而高频区又会复用已有对象，这样会导致同样的代码，因为取值不同，而产生两种截然不同的结果。代码示例：

  public static void main(String[] args) {
          // Integer 高频区缓存范围 -128 ~ 127
          Integer num1 = 127;
          Integer num2 = 127;
          // Integer 取值127 == 结果为 true （值127 num1==num2 =>true）
          System.out.println("值127 num1==num2 =>" + (num1 == num2));
  
          Integer num3 = 128;
          Integer num4 = 128;
          // Integer 取值128 == 结果为 false （值128 num3==num4 =>false）
          System.out.println("值128 num3==num4 =>" + (num3 == num4));
          // Integer 取值128 equals 结果为 true (值128 num3.equals(num4) =>true)
          System.out.println("值128 num3.equals(num4) =>" + (num3.equals(num4)));
      }
  

• Float 和 Double不会有缓存，其他包装类都有缓存。
• Integer是唯一一个可以修改缓存范围的包装类，在VM options加入参数：

  -XX:AutoBoxCacheMax=666 即修改缓存最大值为666。

  示例代码如下：

      public static void main(String[] args) {
          Integer num1 = 128;
          Integer num2 = 128;
          System.out.println("值为-128 =>" + (num1 == num2));
          Integer num3 = 666;
          Integer num4 = 666;
          System.out.println("值666 num3==num4 =>" + (num3 == num4));
          Integer num5 = 667;
          Integer num6 = 667;
          System.out.println("值为667 =>" + (num5 == num6));
      }

  执行结果如下：

  值为-128 =>true
  值为666 =>true
  值为667 =>false
  

  由此可见将Integer最大缓存修改为666之后，667不会被缓存，而-128~666之间的数都被缓存了。

小测验哦~

1.以下Integer代码输出的结果是?

        Integer age = 10;
        Integer age2 = 10;
        Integer age3 = 133;
        Integer age4 = 133;
        System.out.println((age == age2) + "," + (age3 == age4));

答: true, false 

2.以下Double代码输出的结果是?

        Double num = 10d;
        Double num2 = 10d;
        Double num3 = 133d;
        Double num4 = 133d;
        System.out.println((num == num2) + "," + (num3 == num4));

答: false, false 

3.以下程序输出结果是?

        int i = 100;
        Integer j = new Integer(100);
        System.out.println(i == j);
        System.out.println(j.equals(i));

A:　true,true

B:　true,false

C:　false,true

D:　false,false

答:　A

题目分析:有人认为这和Integer高速缓存有关系,但你发现把值改为10000结果也是 true,true ,这是因为  Integer  和  int  比较时,会自动拆箱为  int  ,相当于两个  int  比较,值一定是  true, true .

4.以下程序执行的结果是?

        final int iMax = Integer.MAX_VALUE;
        System.out.println(iMax + 1);

A:  2147483648

B:  -2147483648

C:  程序报错

D:  以上都不是

答:  B

题目解析:  这是因为整数在内存中使用的是补码的形式表示,最高位是符号位 0 表示正数, 1 表示负数, 当执行 +1 时, 最高位就变成了 1, 结果就成了  -2147483648.

5.以下程序执行的结果是?

        Set<Short> set = new HashSet<>();
        for(short i = 0; i < 5; i++){
            set.add(i);
            set.remove(i - 1);
        }
        System.out.println(set.size());

A:  1

B:  0

C:  5

D:  以上都不是

答:  C

题目解析:  Short 类型 -1 之后转换成了Int 类型, remove() 的时候在集合中找不到 Int 类型的数据, 所以就没有删除任何元素, 执行的结果就是 5 .

6. short s = 2; s = s + 1; 会报错吗? short s = 2; s+=1; 会报错吗?

答:  s=s+1 会报错, s+=1 不会报错, 因为 s = s + 1 会导致short 类型升级为 int 类型,所以会报错, s+=1 还是原来的short 类型, 所以不会报错.  

其实对此我是有疑问的,继续探究.分别从源码和底层原理两个方面来了解一下这个问题.

从源码角度：

(1) s = s+1报错，这句先执行s+1然后把结果赋给s，由于1为int类型，所以s+1的返回值是int，编译器自动进行了隐式类型转换。所以将一个int类型赋给short就会出错

(2) s += 1这句不报错

通过反编译可以看到源码为

当jvm识别+=且原值为整型时，会先忽略原值的具体数据类型，先用int计算后，如果计算结果是int就直接转为原来的数据类型，如果不是int就强转为int然后再转回原数据类型，例如

反编译后为

输出结果为2，损失了精度.

从底层原理：

而i+1 是将heap中数据直接送到寄存器中进行运算，运算结果会直接存放在heap中。

i+=1 运行的底层Heap申请一个区域存放i，在数据区域开辟一个区域存放1，2个内存段的数据被送入到寄存器中进行运算，运算结果被放到heap中，数据区域运算后被自动释放后由GC回收 。

7. float f = 3.4; 会报错吗? 为什么?

答: 会报错,因为值3.4是double类型,float类型级别小于double类型,所以会报错.

8.为什么需要包装类?

答: 需要包装类的原因有两个.

1. Java的设计思想是万物既对象,包装类体现了面向对象的设计理念;
2. 包装类包含了很多属性和方法,比基本数据类型功能多,比如提供的获取哈希值(hashCode)或获取类(getClass)的方法等.

9.基本类 int 和包装类 Integer ,在 -128 ~ 127 之间都会复用已有的缓存对象,这种说法正确吗?

答: 不正确,只有包装类高频区域数据才有缓存.

10.包装类 Double 和 Integer 一样都有高频区域数据缓存,这种说法正确吗?

答: 不正确,基本数据类型的包装类只有Double和Float没有高频区域的缓存.

11.包装类的值比较要是用什么方法?

答: 包装类因为有高频区域数据缓存,所以推荐使用equals()方法进行值比较.

12.包装类有哪些功能?

答:包装类提供的功能有以下几个.

• 功能丰富 : 包装类包含了有 hashCode, getClass, max, min等方法
• 可以定义泛型类型参数 :  例如List<Integer> list = new ArrayList<>(); ;
• 序列化 : 包装类实现了Serializable接口,所以包装类天然支持序列化和反序列化.
• 类型转换 : 包装类提供了方便的类型转换方法,比如Integer的parseInt()方法.
• 高频区域数据缓存 : 高频区域可使用已有的缓存对象;

详见正文"包装类型"部分内容.

 13.泛型可以为基本数据类型吗? 为什么?

答: 泛型不能使用基本数据类型.泛型在JVM(Java 虚拟机)编译的时候会类型擦除,比如代码 List<Integer> list 在JVM编译的时候会转换为List list, 因为泛型是在JDK5时提供的,而JVM的类型擦除是为了兼容以前代码的一个这种方案,类型擦除之后就变成了Object, 而Object不能存储基本数据类型,但可以使用基本数据类型对应的包装类,所以像 List<int> list 这样的代码是不被允许的,编译器阶段会检查报错,而List<Integer> list是被允许的.

14.选择包装类还是基本类的原则有哪些?

答: 我们知道正确的使用包装类,可以提供程序的执行效率,看可以使用已有的缓存,一般情况下选择基本数据类型还是选择包装类原则有以下几个.

1. 所有POJO类属性必须使用包装类;
2. RPC方法返回值和参数必须使用包装类;
3. 所有局部变量推荐使用基本数据类型;

15.基本数据类型在JVM中一定存储在栈中吗? 为什么?

答: 基本数据类型不一定存储在栈中,因为基本类型的存储位置取决于声明的作用域,来看具体的解释.

• 当基本数据类型为局部变量的时候,比如在方法中声明的变量,则存放在方法栈中,当方法结束,系统会释放方法栈,在该方法中的变量也会随着栈的销毁而结束,这也是局部变量只能在方法中使用的原因;
• 当基本数据类型为全局变量的时候,比如类中的声明的变量,则存储在堆上,因为全局变量不会随着某个方法的执行结束而销毁.

16.以下程序执行的结果是?

        Integer i1 = new Integer(10);
        Integer i2 = new Integer(10);
        Integer i3 = Integer.valueOf(10);
        Integer i4 = Integer.valueOf(10);
        System.out.println(i1 == i2);
        System.out.println(i2 == i3);
        System.out.println(i3 == i4);

答案: false;false;false

题目解析: new Integer(10) 每次都会创建一个新对象,Integer.valueOf(10)则会使用缓存池中的对象.

17.  3*0.1==0.3  返回值是多少?

答: 返回值为:  false.

题目解析: 因为有些浮点数不能完全精确的表示出来,如下代码:

 System.out.println(3 * 0.1); 

返回的结果是:   0.30000000000000004