Java中的自动拆装箱、装箱缓存

前言

Java 是一种面向对象的编程语言，Java 中的类把方法与数据类型连接在一起，构成了自包含式的处理单元。但在 Java 中不能定义基本类型对象，为了能将基本类型视为对象处理，并能连接相关方法，Java 为每个基本数据类型都提供了包装类，如 int 型数值的包装类 Integer，boolean 型数值的包装类 Boolean 等。这样便可以把这些基本类型转换为对象来处理了。

在Java中包含了8种基本数据类型，与之相对应的还有8种包装类，他们之间的对应关系如下：

基本数据类型	包装类
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
boolean	Boolean
char	Character

什么是自动拆装箱

Java中不能定义基本数据类型的对象，因此我们可以使用包装类，每种基本数据类型都有自己对应的包装类。
基本数据类型与包装类之间的转换过程就涉及到了自动拆装箱。

基本数据类型转换为包装类的过程称作自动装箱
包装类转换为基本数据类型的过程称作自动拆箱

自动拆装箱的实现原理

举一个栗子：

public class AutoBoxing {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        //装箱
        Integer ii = i;
        //拆箱
        int iii = ii;
        }
}

上面的代码实际上就是Java中的语法糖，通过对.class文件进行反编译之后就可以看到代码的真面目：

public class AutoBoxing {
    public static void main(String[] arrstring) {
        int n = 10;
        Integer n2 = Integer.valueOf(n);
        int n3 = n2.intValue();
    }
}

从反编译后的代码可以看到，int类型到Integer的装箱过程是通过Integer.valueOf()实现，Integer到int的拆箱过程是通过intValue()实现。

刚好我们测试下其他七种数据类型的拆装箱过程是怎么样的，代码如下AutoBox.java：

public class AutoBox {

    public static void main(String[] args) {
        Integer aa = 10;
        int aaa = aa;

        Byte bb = 20;
        byte bbb = bb;

        Short cc = 30;
        short ccc = cc;

        Long d = 40L;
        long dd = d;

        Float e = 50f;
        float ee = e;

        Double f = 60d;
        double ff = f;

        Character g = 'a';
        char gg = g;

        Boolean h = true;
        boolean hh = h;

    }
}

直接对AutoBox.java文件进行编译后，对AutoBox.class文件反编译分析，命令如下

//编译
javac AutoBox.java
//反编译分析
javap -c AutoBox.class

结果如下

Compiled from "AutoBox.java"
public class com.zhengql.practice.autoBox.AutoBox {
  public com.zhengql.practice.autoBox.AutoBox();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: bipush        10
       2: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
       5: astore_1
       6: aload_1
       7: invokevirtual #3                  // Method java/lang/Integer.intValue:()I
      10: istore_2
      11: bipush        20
      13: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Byte.valueOf:(B)Ljava/lang/Byte;
      16: astore_3
      17: aload_3
      18: invokevirtual #5                  // Method java/lang/Byte.byteValue:()B
      21: istore        4
      23: bipush        30
      25: invokestatic  #6                  // Method java/lang/Short.valueOf:(S)Ljava/lang/Short;
      28: astore        5
      30: aload         5
      32: invokevirtual #7                  // Method java/lang/Short.shortValue:()S
      35: istore        6
      37: ldc2_w        #8                  // long 40l
      40: invokestatic  #10                 // Method java/lang/Long.valueOf:(J)Ljava/lang/Long;
      43: astore        7
      45: aload         7
      47: invokevirtual #11                 // Method java/lang/Long.longValue:()J
      50: lstore        8
      52: ldc           #12                 // float 50.0f
      54: invokestatic  #13                 // Method java/lang/Float.valueOf:(F)Ljava/lang/Float;
      57: astore        10
      59: aload         10
      61: invokevirtual #14                 // Method java/lang/Float.floatValue:()F
      64: fstore        11
      66: ldc2_w        #15                 // double 60.0d
      69: invokestatic  #17                 // Method java/lang/Double.valueOf:(D)Ljava/lang/Double;
      72: astore        12
      74: aload         12
      76: invokevirtual #18                 // Method java/lang/Double.doubleValue:()D
      79: dstore        13
      81: bipush        97
      83: invokestatic  #19                 // Method java/lang/Character.valueOf:(C)Ljava/lang/Character;
      86: astore        15
      88: aload         15
      90: invokevirtual #20                 // Method java/lang/Character.charValue:()C
      93: istore        16
      95: iconst_1
      96: invokestatic  #21                 // Method java/lang/Boolean.valueOf:(Z)Ljava/lang/Boolean;
      99: astore        17
     101: aload         17
     103: invokevirtual #22                 // Method java/lang/Boolean.booleanValue:()Z
     106: istore        18
     108: return
}

经过测试，其他7种基本数据类型到包装类的装箱拆箱原理都与int/Integer相同,
自动装箱都是通过包装类的valueOf()方法来实现的,
自动拆箱都是通过包装类对象的xxxValue()来实现的

什么时候用到自动拆装箱

赋值操作时

1	Integer a = 1;//Integer a = Integer.valueOf(1);//自动装箱

包装类之间运算时（±*/）

1
2
3

Integer a = 1;
Integer b = 2;
int c = a + b;//int c = a.intValue() + b.intValue();//自动拆箱

比较运算时

1 2	Integer a=1; boolean b = a==1;//boolean b = a.intValue()==1;自动拆箱

向集合中添加基本数据类型时

List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 1; i < 10; i ++){
    list.add(i);//list.add(Integer.valueOf(i));自动装箱
}

方法调用、参数返回时

public class AutoBox {

    private static int test(int i){
        return i + 1;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Integer i = 1;
        int a = test(i);//int a = test(i.intvalue());自动拆箱
        Integer b = test(1);//Integer b = Integer.valueOf(test(1));//自动装箱
    }
}

装箱缓存

其实，在自动装箱过程中还存在一种缓存的操作，且看下面一道题：

public class AutoBoxTest {
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 30;
        Integer b = 30;

        if (a==b){
            System.out.println("a、b:内存地址相同");
        }else {
            System.out.println("a、b:不同的两个对象");
        }

        Integer c = 300;
        Integer d = 300;

        if (c==d){
            System.out.println("c、d:内存地址相同");
        }else {
            System.out.println("c、d:不同的两个对象");
        }
    }
}

这道题乍一看是不是觉得匪夷所思，怎么会有这种沙雕题目，两个对象类型用等号判断大小，很明显都是new出来的对象，肯定指向不同的内存地址啊，肯定不相等了。然鹅运行的结果如下：

1 2	a、b:内存地址相同 c、d:不同的两个对象

可以看到为什么同样的操作，c和d就符合判断逻辑，而a和b就偏偏指向同一个对象呢？

这是因为在自动装箱过程中，Integer对象通过使用相同的对象引用实现对象的缓存和重用。

那么问题又来了，既然有缓存操作，那为什么a、b有，c、d却没有呢？

来看一下Integer自动装箱的源码：

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

首先判断入参i是否处于[IntegerCache.low,IntegerCache.high]区间内，如果i值在区间内，则从缓存IntegerCache.cache中读取某一个值返回，反之直接new一个Integer对象，这说明触发缓存操作是根据i值的范围决定的。

那这个范围又是多少呢？阅读该方法的注释:

1 2	This method will always cache values in the range -128 to 127, inclusive, and may cache other values outside of this range.

此方法默认缓存[-128,127]范围内的值，但也可以缓存范围外的其他值，这里是因为区间右侧的IntegerCache.high是可配置的。

看到这里，终于明白，最开始的那道题目，为什么ab和cd的结果会完全不一样，是因为a、b的值在[-128,127]区间内，而c、d的值不在此范围内。

那么，既然Integer有缓存这个骚操作，那其他的包装类是不是也有呢？直接去看每个包装类的valueOf方法就可以知道了。

这里我就不贴源码了，查看后的结论是，其他的7种包装类中，所有的整数类型的类，在自动装箱时都有类似于Integer的这种缓存操作，只不过他们各自的触发情况不同，结果整理如下：

包装类	缓存机制	触发条件	备注
Byte	ByteCache	[-128,127]
Short	ShortCache	[-128,127]
Integer	IntegerCache	[-128,127]	最大值可配置
Long	LongCache	[-128,127]
Float	-	-
Double	-	-
Boolean	-	-
Character	CharacterCache	[0,127]

总结

自动装箱和拆箱方便了我们开发人员，但是在使用自动拆装箱时也有很多翻车现场，最容易出现的就是空指针，所以在使用自动拆装箱时一定要防止空指针。

自动装箱过程中涉及到对象的创建等操作，如果在循环体中大量的拆装箱操作，势必会浪费资源，所以何时使用合理的使用自动拆装箱是尤为重要。

参考和感谢

Java中整型的缓存机制：https://www.hollischuang.com/archives/1174