详解Java的自动装箱与拆箱(Autoboxing and unboxing)

 

详解Java的自动装箱与拆箱(Autoboxing and unboxing)

标签： 自动装箱自动拆箱java性能

2015-09-22 15:27 3837人阅读 评论(1) 收藏 举报

 分类：

Java相关（4） 

版权声明：本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载。

一、什么是自动装箱拆箱 
很简单，下面两句代码就可以看到装箱和拆箱过程

//自动装箱
Integer total = 99;

//自定拆箱
int totalprim = total;

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

简单一点说，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。

下面我们来看看需要装箱拆箱的类型有哪些：

这个过程是自动执行的，那么我们需要看看它的执行过程：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    //自动装箱
    Integer total = 99;

    //自定拆箱
    int totalprim = total;
    }
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9

反编译class文件之后得到如下内容：

javap -c StringTest

• 1

Integer total = 99; 
执行上面那句代码的时候，系统为我们执行了： 
Integer total = Integer.valueOf(99);

int totalprim = total; 
执行上面那句代码的时候，系统为我们执行了： 
int totalprim = total.intValue();

我们现在就以Integer为例，来分析一下它的源码： 
1、首先来看看Integer.valueOf函数

public static Integer valueOf(int i) {
    return  i >= 128 || i < -128 ? new Integer(i) : SMALL_VALUES[i + 128];
}

• 1
• 2
• 3

它会首先判断i的大小：如果i小于-128或者大于等于128，就创建一个Integer对象，否则执行SMALL_VALUES[i + 128]。

首先我们来看看Integer的构造函数：

private final int value;

public Integer(int value) {
    this.value = value;
}

public Integer(String string) throws NumberFormatException {
    this(parseInt(string));
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9

它里面定义了一个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。

下面看看SMALL_VALUES[i + 128]是什么东西：

private static final Integer[] SMALL_VALUES = new Integer[256];

• 1

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。

所以我们这里可以总结一点：装箱的过程会创建对应的对象，这个会消耗内存，所以装箱的过程会增加内存的消耗，影响性能。

2、接着看看intValue函数

@Override
public int intValue() {
    return value;
}

• 1
• 2
• 3
• 4

这个很简单，直接返回value值即可。

二、相关问题 
上面我们看到在Integer的构造函数中，它分两种情况： 
1、i >= 128 || i < -128 =====> new Integer(i) 
2、i < 128 && i >= -128 =====> SMALL_VALUES[i + 128]

private static final Integer[] SMALL_VALUES = new Integer[256];

• 1

SMALL_VALUES本来已经被创建好，也就是说在i >= 128 || i < -128是会创建不同的对象，在i < 128 && i >= -128会根据i的值返回已经创建好的指定的对象。

说这些可能还不是很明白，下面我们来举个例子吧：

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);  //true
        System.out.println(i3==i4);  //false
    }
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12

代码的后面，我们可以看到它们的执行结果是不一样的，为什么，在看看我们上面的说明。 
1、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，它们会拿到SMALL_VALUES数组里面的同一个对象SMALL_VALUES[228]，它们引用到了同一个Integer对象，所以它们肯定是相等的。

2、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。

下面我们来看看另外一个例子：

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); //false
        System.out.println(i3==i4); //false
    }
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12

看看上面的执行结果，跟Integer不一样，这样也不必奇怪，因为它们的valueOf实现不一样，结果肯定不一样，那为什么它们不统一一下呢？ 
这个很好理解，因为对于Integer，在(-128,128]之间只有固定的256个值，所以为了避免多次创建对象，我们事先就创建好一个大小为256的Integer数组SMALL_VALUES，所以如果值在这个范围内，就可以直接返回我们事先创建好的对象就可以了。

但是对于Double类型来说，我们就不能这样做，因为它在这个范围内个数是无限的。 
总结一句就是：在某个范围内的整型数值的个数是有限的，而浮点数却不是。

所以在Double里面的做法很直接，就是直接创建一个对象，所以每次创建的对象都不一样。

public static Double valueOf(double d) {
    return new Double(d);
}

• 1
• 2
• 3

下面我们进行一个归类： 
Integer派别：Integer、Short、Byte、Character、Long这几个类的valueOf方法的实现是类似的。 
Double派别：Double、Float的valueOf方法的实现是类似的。每次都返回不同的对象。

下面对Integer派别进行一个总结，如下图： 

下面我们来看看另外一种情况：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Boolean i1 = false;
        Boolean i2 = false;
        Boolean i3 = true;
        Boolean i4 = true;

        System.out.println(i1==i2);//true
        System.out.println(i3==i4);//true
    }
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12

可以看到返回的都是true，也就是它们执行valueOf返回的都是相同的对象。

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

• 1
• 2
• 3

可以看到它并没有创建对象，因为在内部已经提前创建好两个对象，因为它只有两种情况，这样也是为了避免重复创建太多的对象。

public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);

public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);

• 1
• 2
• 3

上面把几种情况都介绍到了，下面来进一步讨论其他情况。

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

• 1
• 2
• 3

说明num1 == num2进行了拆箱操作

Integer num1 = 100;  
int num2 = 100;  
System.out.println(num1.equals(num2));  //true

• 1
• 2
• 3

我们先来看看equals源码：

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

• 1
• 2
• 3
• 4

我们指定equal比较的是内容本身，并且我们也可以看到equal的参数是一个Object对象，我们传入的是一个int类型，所以首先会进行装箱，然后比较，之所以返回true，是由于它比较的是对象里面的value值。

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

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6

1、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。 
2、对于num3.equals(num1 + num2)为false的原因很简单，我们还是根据代码实现来说明：

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

• 1
• 2
• 3
• 4

它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。

Integer num1 = 100;
Ingeger num2 = 200;
Long num3 = 300l;
System.out.println(num3 == (num1 + num2)); //true

• 1
• 2
• 3
• 4

我们来反编译一些这个class文件：javap -c StringTest 

可以看到运算的时候首先对num3进行拆箱（执行num3的longValue得到基础类型为long的值300），然后对num1和mum2进行拆箱（分别执行了num1和num2的intValue得到基础类型为int的值100和200），然后进行相关的基础运算。

我们来对基础类型进行一个测试：

int num1 = 100;
int num2 = 200;
long mum3 = 300;
System.out.println(num3 == (num1 + num2)); //true

• 1
• 2
• 3
• 4

上面就说明了为什么最上面会返回true.

所以，当 “==”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，而如果其中有一个操作数是表达式（即包含算术运算）则比较的是数值（即会触发自动拆箱的过程）。

通过上面的分析我们需要知道两点： 
1、什么时候会引发装箱和拆箱 
2、装箱操作会创建对象，频繁的装箱操作会消耗许多内存，影响性能，所以可以避免装箱的时候应该尽量避免。

参考文章： 
Java自动装箱与拆箱及其陷阱

深入剖析Java中的装箱和拆箱