詳解Java 自動裝箱與拆箱的實現(xiàn)原理
什么是自動裝箱和拆箱
自動裝箱就是Java自動將原始類型值轉換成對應的對象，比如將int的變量轉換成Integer對象，這個過程叫做裝箱，反之將Integer對象轉換成int類型值，這個過程叫做拆箱。因為這里的裝箱和拆箱是自動進行的非人為轉換，所以就稱作為自動裝箱和拆箱。原始類型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 對應的封裝類為Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。
下面例子是自動裝箱和拆箱帶來的疑惑
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();
}
}
請看下面的輸出結果跟你預期的一樣嗎？
輸出的結果：
i=i0 true
i1=i2 true
i1=i2+i3 true
i4=i5 false
i4=i5+i6 true
d1=d2 false
為什么會這樣？帶著疑問繼續(xù)往下看。
自動裝箱和拆箱的原理
自動裝箱時編譯器調用valueOf將原始類型值轉換成對象，同時自動拆箱時，編譯器通過調用類似intValue(),doubleValue()這類的方法將對象轉換成原始類型值。
明白自動裝箱和拆箱的原理后，我們帶著上面的疑問進行分析下Integer的自動裝箱的實現(xiàn)源碼。如下：
public static Integer valueOf(int i) {
//判斷i是否在-128和127之間，如果不在此范圍，則從IntegerCache中獲取包裝類的實例。否則new一個新實例
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
//使用亨元模式，來減少對象的創(chuàng)建（亨元設計模式大家有必要了解一下，我認為是最簡單的設計模式，也許大家經常在項目中使用，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[];
//靜態(tài)方法，類加載的時候進行初始化cache[],靜態(tài)變量存放在常量池中
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; 自動裝箱，相當于調用了Integer.valueOf(40);方法。
首先判斷i值是否在-128和127之間，如果在-128和127之間則直接從IntegerCache.cache緩存中獲取指定數字的包裝類；不存在則new出一個新的包裝類。
IntegerCache內部實現(xiàn)了一個Integer的靜態(tài)常量數組，在類加載的時候，執(zhí)行static靜態(tài)塊進行初始化-128到127之間的Integer對象，存放到cache數組中。cache屬于常量，存放在java的方法區(qū)中。
接著看下面是java8種基本類型的自動裝箱代碼實現(xiàn)。如下：
//boolean原生類型自動裝箱成Boolean
public static Boolean valueOf(boolean b) {
return (b ? TRUE : FALSE);
}
//byte原生類型自動裝箱成Byte
public static Byte valueOf(byte b) {
final int offset = 128;
return ByteCache.cache[(int)b + offset];
}
//byte原生類型自動裝箱成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原生類型自動裝箱成Character
public static Character valueOf(char c) {
if (c <= 127) { // must cache
return CharacterCache.cache[(int)c];
}
return new Character(c);
}
//int原生類型自動裝箱成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原生類型自動裝箱成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原生類型自動裝箱成Double
public static Double valueOf(double d) {
return new Double(d);
}
//float原生類型自動裝箱成Float
public static Float valueOf(float f) {
return new Float(f);
}
通過分析源碼發(fā)現(xiàn)，只有double和float的自動裝箱代碼沒有使用緩存，每次都是new 新的對象，其它的6種基本類型都使用了緩存策略。
使用緩存策略是因為，緩存的這些對象都是經常使用到的（如字符、-128至127之間的數字），防止每次自動裝箱都創(chuàng)建一此對象的實例。
而double、float是浮點型的，沒有特別的熱的（經常使用到的）數據的，緩存效果沒有其它幾種類型使用效率高。
下面在看下裝箱和拆箱問題解惑。
//1、這個沒解釋的就是true
System.out.println("i=i0\t" + (i == i0)); //true
//2、int值只要在-128和127之間的自動裝箱對象都從緩存中獲取的，所以為true
System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2)); //true
//3、涉及到數字的計算，就必須先拆箱成int再做加法運算，所以不管他們的值是否在-128和127之間，只要數字一樣就為true
System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));//true
//比較的是對象內存地址，所以為false
System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5)); //false
//5、同第3條解釋，拆箱做加法運算，對比的是數字，所以為true
System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));//true
//double的裝箱操作沒有使用緩存，每次都是new Double，所以false
System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));//false
相信你看到這就應該能明白上面的程序輸出的結果為什么是true,false了，只要掌握原理，類似的問題就迎刃而解了，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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