夯實Java基礎(chǔ)系列2：Java自動拆裝箱里隱藏的秘密

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本文是微信公眾號【Java技術(shù)江湖】的《夯實Java基礎(chǔ)系列博文》其中一篇，本文部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，為了把本文主題講得清晰透徹，也整合了很多我認為不錯的技術(shù)博客內(nèi)容，引用其中了一些比較好的博客文章，如有侵權(quán)，請聯(lián)系作者。

該系列博文會告訴你如何從入門到進階，一步步地學(xué)習(xí)Java基礎(chǔ)知識，并上手進行實戰(zhàn)，接著了解每個Java知識點背后的實現(xiàn)原理，更完整地了解整個Java技術(shù)體系，形成自己的知識框架。為了更好地總結(jié)和檢驗?zāi)愕膶W(xué)習(xí)成果，本系列文章也會提供部分知識點對應(yīng)的面試題以及參考答案。

如果對本系列文章有什么建議，或者是有什么疑問的話，也可以關(guān)注公眾號【Java技術(shù)江湖】聯(lián)系作者，歡迎你參與本系列博文的創(chuàng)作和修訂。

Java 基本數(shù)據(jù)類型

變量就是申請內(nèi)存來存儲值。也就是說，當(dāng)創(chuàng)建變量的時候，需要在內(nèi)存中申請空間。

內(nèi)存管理系統(tǒng)根據(jù)變量的類型為變量分配存儲空間，分配的空間只能用來儲存該類型數(shù)據(jù)。

因此，通過定義不同類型的變量，可以在內(nèi)存中儲存整數(shù)、小數(shù)或者字符。

Java 的兩大數(shù)據(jù)類型:

• 內(nèi)置數(shù)據(jù)類型
• 引用數(shù)據(jù)類型

內(nèi)置數(shù)據(jù)類型

Java語言提供了八種基本類型。六種數(shù)字類型（四個整數(shù)型，兩個浮點型），一種字符類型，還有一種布爾型。

byte：

• byte 數(shù)據(jù)類型是8位、有符號的，以二進制補碼表示的整數(shù)；
• 最小值是 -128（-2^7）；
• 最大值是 127（2^7-1）；
• 默認值是 0；
• byte 類型用在大型數(shù)組中節(jié)約空間，主要代替整數(shù)，因為 byte 變量占用的空間只有 int 類型的四分之一；
• 例子：byte a = 100，byte b = -50。

short：

• short 數(shù)據(jù)類型是 16 位、有符號的以二進制補碼表示的整數(shù)
• 最小值是 -32768（-2^15）；
• 最大值是 32767（2^15 - 1）；
• Short 數(shù)據(jù)類型也可以像 byte 那樣節(jié)省空間。一個short變量是int型變量所占空間的二分之一；
• 默認值是 0；
• 例子：short s = 1000，short r = -20000。

int：

• int 數(shù)據(jù)類型是32位、有符號的以二進制補碼表示的整數(shù)；
• 最小值是 -2,147,483,648（-2^31）；
• 最大值是 2,147,483,647（2^31 - 1）；
• 一般地整型變量默認為 int 類型；
• 默認值是 0 ；
• 例子：int a = 100000, int b = -200000。

long：

• long 數(shù)據(jù)類型是 64 位、有符號的以二進制補碼表示的整數(shù)；
• 最小值是 -9,223,372,036,854,775,808（-2^63）；
• 最大值是 9,223,372,036,854,775,807（2^63 -1）；
• 這種類型主要使用在需要比較大整數(shù)的系統(tǒng)上；
• 默認值是 0L；
• 例子： long a = 100000L，Long b = -200000L。
  “L”理論上不分大小寫，但是若寫成”l”容易與數(shù)字”1”混淆，不容易分辯。所以最好大寫。

float：

• float 數(shù)據(jù)類型是單精度、32位、符合IEEE 754標準的浮點數(shù)；
• float 在儲存大型浮點數(shù)組的時候可節(jié)省內(nèi)存空間；
• 默認值是 0.0f；
• 浮點數(shù)不能用來表示精確的值，如貨幣；
• 例子：float f1 = 234.5f。

double：

• double 數(shù)據(jù)類型是雙精度、64 位、符合IEEE 754標準的浮點數(shù)；
• 浮點數(shù)的默認類型為double類型；
• double類型同樣不能表示精確的值，如貨幣；
• 默認值是 0.0d；
• 例子：double d1 = 123.4。

boolean：

• boolean數(shù)據(jù)類型表示一位的信息；
• 只有兩個取值：true 和 false；
• 這種類型只作為一種標志來記錄 true/false 情況；
• 默認值是 false；
• 例子：boolean >

char：

• char類型是一個單一的 16 位 Unicode 字符；
• 最小值是 \u0000（即為0）；
• 最大值是 \uffff（即為65,535）；
• char 數(shù)據(jù)類型可以儲存任何字符；
• 例子：char letter = ‘A’;。

//8位
byte bx = Byte.MAX_VALUE;
byte bn = Byte.MIN_VALUE;
//16位
short sx = Short.MAX_VALUE;
short sn = Short.MIN_VALUE;
//32位
int ix = Integer.MAX_VALUE;
int in = Integer.MIN_VALUE;
//64位
long lx = Long.MAX_VALUE;
long ln = Long.MIN_VALUE;
//32位
float fx = Float.MAX_VALUE;
float fn = Float.MIN_VALUE;
//64位
double dx = Double.MAX_VALUE;
double dn = Double.MIN_VALUE;
//16位
char cx = Character.MAX_VALUE;
char cn = Character.MIN_VALUE;
//1位
boolean bt = Boolean.TRUE;
boolean bf = Boolean.FALSE;

`127`
`-128`
`32767`
`-32768`
`2147483647`
`-2147483648`
`9223372036854775807`
`-9223372036854775808`
`3.4028235E38`
`1.4E-45`
`1.7976931348623157E308`
`4.9E-324`
`?`
`true`
`false`

引用類型

• 在Java中，引用類型的變量非常類似于C/C++的指針。引用類型指向一個對象，指向?qū)ο蟮淖兞渴且米兞?。這些變量在聲明時被指定為一個特定的類型，比如 Employee、Puppy 等。變量一旦聲明后，類型就不能被改變了。
• 對象、數(shù)組都是引用數(shù)據(jù)類型。
• 所有引用類型的默認值都是null。
• 一個引用變量可以用來引用任何與之兼容的類型。
• 例子：Site site = new Site(“Runoob”)。

Java 常量

常量在程序運行時是不能被修改的。

在 Java 中使用 final 關(guān)鍵字來修飾常量，聲明方式和變量類似：

final double PI = 3.1415927;

雖然常量名也可以用小寫，但為了便于識別，通常使用大寫字母表示常量。

字面量可以賦給任何內(nèi)置類型的變量。例如：

byte a = 68;
char a = 'A'

自動拆箱和裝箱（詳解）

Java 5增加了自動裝箱與自動拆箱機制，方便基本類型與包裝類型的相互轉(zhuǎn)換操作。在Java 5之前，如果要將一個int型的值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的包裝器類型Integer，必須顯式的使用new創(chuàng)建一個新的Integer對象，或者調(diào)用靜態(tài)方法Integer.valueOf()。

//在Java 5之前，只能這樣做
Integer value = new Integer(10);
//或者這樣做
Integer value = Integer.valueOf(10);
//直接賦值是錯誤的
//Integer value = 10;`

在Java 5中，可以直接將整型賦給Integer對象，由編譯器來完成從int型到Integer類型的轉(zhuǎn)換，這就叫自動裝箱。

`//在Java 5中，直接賦值是合法的，由編譯器來完成轉(zhuǎn)換`
`Integer value = 10;`
`與此對應(yīng)的，自動拆箱就是可以將包裝類型轉(zhuǎn)換為基本類型，具體的轉(zhuǎn)換工作由編譯器來完成。`
`//在Java 5 中可以直接這么做`
`Integer value = new Integer(10);`
`int i = value;`

自動裝箱與自動拆箱為程序員提供了很大的方便，而在實際的應(yīng)用中，自動裝箱與拆箱也是使用最廣泛的特性之一。自動裝箱和自動拆箱其實是Java編譯器提供的一顆語法糖（語法糖是指在計算機語言中添加的某種語法，這種語法對語言的功能并沒有影響，但是更方便程序員使用。通過可提高開發(fā)效率，增加代碼可讀性，增加代碼的安全性）。

實現(xiàn)

在八種包裝類型中，每一種包裝類型都提供了兩個方法：

靜態(tài)方法valueOf(基本類型)：將給定的基本類型轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的包裝類型；

實例方法xxxValue()：將具體的包裝類型對象轉(zhuǎn)換成基本類型；
下面我們以int和Integer為例，說明Java中自動裝箱與自動拆箱的實現(xiàn)機制?？慈缦麓a：

class Auto //code1
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //自動裝箱
        Integer inte = 10;
        //自動拆箱
        int i = inte;
    //再double和Double來驗證一下
    Double doub = 12.40;
    double d = doub;
    }
}

上面的代碼先將int型轉(zhuǎn)為Integer對象，再講Integer對象轉(zhuǎn)換為int型，毫無疑問，這是可以正確運行的。可是，這種轉(zhuǎn)換是怎么進行的呢？使用反編譯工具，將生成的Class文件在反編譯為Java文件，讓我們看看發(fā)生了什么：

class Auto//code2
{
  public static void main(String[] paramArrayOfString)
  {
    Integer localInteger = Integer.valueOf(10);
int i = localInteger.intValue();
Double localDouble = Double.valueOf(12.4D);
double d = localDouble.doubleValue();
  }
}

我們可以看到經(jīng)過javac編譯之后，code1的代碼被轉(zhuǎn)換成了code2，實際運行時，虛擬機運行的就是code2的代碼。也就是說，虛擬機根本不知道有自動拆箱和自動裝箱這回事；在將Java源文件編譯為class文件的過程中，javac編譯器在自動裝箱的時候，調(diào)用了Integer.valueOf()方法，在自動拆箱時，又調(diào)用了intValue()方法。我們可以看到，double和Double也是如此。
實現(xiàn)總結(jié)：其實自動裝箱和自動封箱是編譯器為我們提供的一顆語法糖。在自動裝箱時，編譯器調(diào)用包裝類型的valueOf()方法；在自動拆箱時，編譯器調(diào)用了相應(yīng)的xxxValue()方法。

自動裝箱與拆箱中的“坑”

在使用自動裝箱與自動拆箱時，要注意一些陷阱，為了避免這些陷阱，我們有必要去看一下各種包裝類型的源碼。

Integer源碼

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
    private final int value;
/*Integer的構(gòu)造方法，接受一個整型參數(shù),Integer對象表示的int值，保存在value中*/
 public Integer(int value) {
        this.value = value;
 }
/*equals()方法判斷的是:所代表的int型的值是否相等*/
 public boolean equals(Object obj) {
        if (obj instanceof Integer) {
            return value == ((Integer)obj).intValue();
        }
        return false;
}
/*返回這個Integer對象代表的int值，也就是保存在value中的值*/
 public int intValue() {
        return value;
 }
 /**
  * 首先會判斷i是否在[IntegerCache.low,Integer.high]之間
  * 如果是，直接返回Integer.cache中相應(yīng)的元素
  * 否則，調(diào)用構(gòu)造方法，創(chuàng)建一個新的Integer對象
  */
 public static Integer valueOf(int i) {
    assert IntegerCache.high >= 127;
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
 }
/**
  * 靜態(tài)內(nèi)部類，緩存了從[low,high]對應(yīng)的Integer對象
  * low -128這個值不會被改變
  * high 默認是127，可以改變，最大不超過：Integer.MAX_VALUE - (-low) -1
  * cache 保存從[low,high]對象的Integer對象
 */
 private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];
    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) {
            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);
        }
        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() {}
}

以上是Oracle(Sun)公司JDK 1.7中Integer源碼的一部分，通過分析上面的代碼，得到：

1）Integer有一個實例域value，它保存了這個Integer所代表的int型的值，且它是final的，也就是說這個Integer對象一經(jīng)構(gòu)造完成，它所代表的值就不能再被改變。

2）Integer重寫了equals()方法，它通過比較兩個Integer對象的value，來判斷是否相等。

3）重點是靜態(tài)內(nèi)部類IntegerCache，通過類名就可以發(fā)現(xiàn)：它是用來緩存數(shù)據(jù)的。它有一個數(shù)組，里面保存的是連續(xù)的Integer對象。
(a) low：代表緩存數(shù)據(jù)中最小的值，固定是-128。

(b) high：代表緩存數(shù)據(jù)中最大的值，它可以被該改變，默認是127。high最小是127，最大是Integer.MAX_VALUE-(-low)-1，如果high超過了這個值，那么cache[ ]的長度就超過Integer.MAX_VALUE了，也就溢出了。

(c) cache[]：里面保存著從[low,high]所對應(yīng)的Integer對象，長度是high-low+1(因為有元素0，所以要加1)。

4）調(diào)用valueOf(inti)方法時，首先判斷i是否在[low,high]之間，如果是，則復(fù)用Integer.cache[i-low]。比如，如果Integer.valueOf(3)，直接返回Integer.cache[131]；如果i不在這個范圍，則調(diào)用構(gòu)造方法，構(gòu)造出一個新的Integer對象。

5）調(diào)用intValue()，直接返回value的值。
通過3）和4）可以發(fā)現(xiàn)，默認情況下，在使用自動裝箱時，VM會復(fù)用[-128,127]之間的Integer對象。

Integer  a1 = 1;
Integer  a2 = 1;
Integer  a3 = new Integer(1);
//會打印true，因為a1和a2是同一個對象,都是Integer.cache[129]
System.out.println(a1 == a2);
//false，a3構(gòu)造了一個新的對象，不同于a1,a2
System.out.println(a1 == a3);

了解基本類型緩存（常量池）的最佳實踐

//基本數(shù)據(jù)類型的常量池是-128到127之間。
// 在這個范圍中的基本數(shù)據(jù)類的包裝類可以自動拆箱，比較時直接比較數(shù)值大小。
public static void main(String[] args) {
    //int的自動拆箱和裝箱只在-128到127范圍中進行，超過該范圍的兩個integer的 == 判斷是會返回false的。
    Integer a1 = 128;
    Integer a2 = -128;
    Integer a3 = -128;
    Integer a4 = 128;
    System.out.println(a1 == a4);
    System.out.println(a2 == a3);
    Byte b1 = 127;
    Byte b2 = 127;
    Byte b3 = -128;
    Byte b4 = -128;
    //byte都是相等的，因為范圍就在-128到127之間
    System.out.println(b1 == b2);
    System.out.println(b3 == b4);
    //
    Long c1 = 128L;
    Long c2 = 128L;
    Long c3 = -128L;
    Long c4 = -128L;
    System.out.println(c1 == c2);
    System.out.println(c3 == c4);
    //char沒有負值
    //發(fā)現(xiàn)char也是在0到127之間自動拆箱
    Character d1 = 128;
    Character d2 = 128;
    Character d3 = 127;
    Character d4 = 127;
    System.out.println(d1 == d2);
    System.out.println(d3 == d4);
    `結(jié)果`
    `false`
    `true`
    `true`
    `true`
    `false`
    `true`
    `false`
    `true`
    Integer i = 10;
    Byte b = 10;
    //比較Byte和Integer.兩個對象無法直接比較，報錯
    //System.out.println(i == b);
    System.out.println("i == b " + i.equals(b));
    //答案是false,因為包裝類的比較時先比較是否是同一個類，不是的話直接返回false.
    int ii = 128;
    short ss = 128;
    long ll = 128;
    char cc = 128;
    System.out.println("ii == bb " + (ii == ss));
    System.out.println("ii == ll " + (ii == ll));
    System.out.println("ii == cc " + (ii == cc));
    結(jié)果
    i == b false
    ii == bb true
    ii == ll true
    ii == cc true
    //這時候都是true，因為基本數(shù)據(jù)類型直接比較值，值一樣就可以。

總結(jié)：

通過上面的代碼，我們分析一下自動裝箱與拆箱發(fā)生的時機：

（1）當(dāng)需要一個對象的時候會自動裝箱，比如Integer a = 10;equals(Object o)方法的參數(shù)是Object對象，所以需要裝箱。

（2）當(dāng)需要一個基本類型時會自動拆箱，比如int a = new Integer(10);算術(shù)運算是在基本類型間進行的，所以當(dāng)遇到算術(shù)運算時會自動拆箱，比如代碼中的 c == (a + b);

（3） 包裝類型 == 基本類型時，包裝類型自動拆箱；

需要注意的是：“==”在沒遇到算術(shù)運算時，不會自動拆箱；基本類型只會自動裝箱為對應(yīng)的包裝類型，代碼中最后一條說明的內(nèi)容。

在JDK 1.5中提供了自動裝箱與自動拆箱，這其實是Java 編譯器的語法糖，編譯器通過調(diào)用包裝類型的valueOf()方法實現(xiàn)自動裝箱，調(diào)用xxxValue()方法自動拆箱。自動裝箱和拆箱會有一些陷阱，那就是包裝類型復(fù)用了某些對象。

（1）Integer默認復(fù)用了[-128,127]這些對象，其中高位置可以修改；

（2）Byte復(fù)用了全部256個對象[-128,127]；

（3）Short服用了[-128,127]這些對象；

（4）Long服用了[-128,127];

（5）Character復(fù)用了[0,127],Charater不能表示負數(shù);

Double和Float是連續(xù)不可數(shù)的，所以沒法復(fù)用對象，也就不存在自動裝箱復(fù)用陷阱。

Boolean沒有自動裝箱與拆箱，它也復(fù)用了Boolean.TRUE和Boolean.FALSE，通過Boolean.valueOf(boolean b)返回的Blooean對象要么是TRUE，要么是FALSE，這點也要注意。

本文介紹了“真實的”自動裝箱與拆箱，為了避免寫出錯誤的代碼，又從包裝類型的源碼入手，指出了各種包裝類型在自動裝箱和拆箱時存在的陷阱，同時指出了自動裝箱與拆箱發(fā)生的時機。

基本數(shù)據(jù)類型的存儲方式

上面自動拆箱和裝箱的原理其實與常量池有關(guān)。

存在棧中：

public void(int a)
{
int i = 1;
int j = 1;
}
方法中的i 存在虛擬機棧的局部變量表里，i是一個引用，j也是一個引用，它們都指向局部變量表里的整型值 1.
int a是傳值引用，所以a也會存在局部變量表。

存在堆里：

class A{
int i = 1;
A a = new A();
}
i是類的成員變量。類實例化的對象存在堆中，所以成員變量也存在堆中，引用a存的是對象的地址，引用i存的是值，這個值1也會存在堆中。可以理解為引用i指向了這個值1。也可以理解為i就是1.

3 包裝類對象怎么存
其實我們說的常量池也可以叫對象池。
比如String a= new String(“a”).intern()時會先在常量池找是否有“a”對象如果有的話直接返回“a”對象在常量池的地址，即讓引用a指向常量”a”對象的內(nèi)存地址。
public native String intern();
Integer也是同理。

下圖是Integer類型在常量池中查找同值對象的方法。

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}
private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];
    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() {}
}

所以基本數(shù)據(jù)類型的包裝類型可以在常量池查找對應(yīng)值的對象，找不到就會自動在常量池創(chuàng)建該值的對象。

而String類型可以通過intern來完成這個操作。

JDK1.7后，常量池被放入到堆空間中，這導(dǎo)致intern()函數(shù)的功能不同，具體怎么個不同法，且看看下面代碼，這個例子是網(wǎng)上流傳較廣的一個例子，分析圖也是直接粘貼過來的，這里我會用自己的理解去解釋這個例子：

[java] view plain copy
String s = new String("1");  
s.intern();  
String s2 = "1";  
System.out.println(s == s2);  
String s3 = new String("1") + new String("1");  
s3.intern();  
String s4 = "11";  
System.out.println(s3 == s4);  
輸出結(jié)果為：
[java] view plain copy
JDK1.6以及以下：false false  
JDK1.7以及以上：false true

JDK1.6查找到常量池存在相同值的對象時會直接返回該對象的地址。

JDK 1.7后，intern方法還是會先去查詢常量池中是否有已經(jīng)存在，如果存在，則返回常量池中的引用，這一點與之前沒有區(qū)別，區(qū)別在于，如果在常量池找不到對應(yīng)的字符串，則不會再將字符串拷貝到常量池，而只是在常量池中生成一個對原字符串的引用。

那么其他字符串在常量池找值時就會返回另一個堆中對象的地址。

下一節(jié)詳細介紹String以及相關(guān)包裝類。

具體請見： https://blog.csdn.net/a724888/article/details/80042298

關(guān)于Java面向?qū)ο笕筇匦?，請參考?/p>

https://blog.csdn.net/a724888/article/details/80033043

參考文章

https://www.runoob.com/java/java-basic-datatypes.html

https://www.cnblogs.com/zch2126/p/5335139.html

https://blog.csdn.net/jreffchen/article/details/81015884

https://blog.csdn.net/yuhongye111/article/details/31850779

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