java基础之自动装箱

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一.什么是装箱?什么是拆箱?

Java为每种基本数据类型都提供了对应的包装器类型。

在Java SE5之前,如果要生成一个数值为10的Integer对象,必须这样进行:

Integer i = new Integer(10);

而在从Java SE5开始就提供了自动装箱的特性,如果要生成一个数值为10的Integer对象,只需要这样就可以了:

Integer i = 10;

这个过程中会自动根据数值创建对应的 Integer对象,这就是装箱

那什么是拆箱呢?顾名思义,跟装箱对应,就是自动将包装器类型转换为基本数据类型:

Integer i = 10;  //装箱
int n = i;   //拆箱

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。

下表是基本数据类型对应的包装器类型:

基本数据 包装器类型
int(4字节) Integer
byte(1字节) Byte
short(2字节) Short
long(8字节) Long
float(4字节) Float
double(8字节) Double
char(2字节) Character
boolean(未定) Boolean

二.装箱和拆箱是如何实现的?

我们就以Interger类为例,下面看一段代码:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i = 10;
        int n = i;
    }
}

反编译class文件之后得到如下内容:

public class Main
{
  public static void main(String[] args)
  {
    Integer i = Integer.valueOf(10);
    int n = i.intValue();
  }
}

从反编译得到的字节码内容可以看出,在装箱的时候自动调用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的时候自动调用的是Integer的intValue方法。

其他的也类似,比如Double、Character。

因此可以用一句话总结装箱和拆箱的实现过程:

装箱过程是通过调用包装器的valueOf方法实现的,而拆箱过程是通过调用包装器的 xxxValue方法实现的。(xxx代表对应的基本数据类型)。

三.面试中相关的问题

  1. 下面这段代码的输出结果是什么?
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);
        System.out.println(i3==i4);
    }
}

也许有些朋友会说都会输出false,或者也有朋友会说都会输出true。但是事实上输出结果是:

true
false

为什么会出现这样的结果?

输出结果表明i1和i2指向的是同一个对象,而i3和i4指向的是不同的对象。

此时只需一看源码便知究竟,下面这段代码是Integer的valueOf方法的具体实现:

/**
 * Returns an {@code Integer} instance representing the specified
 * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not
 * required, this method should generally be used in preference to
 * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely
 * to yield significantly better space and time performance by
 * caching frequently requested values.
 *
 * This method will always cache values in the range -128 to 127,
 * inclusive, and may cache other values outside of this range.
 *
 * @param  i an {@code int} value.
 * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}.
 * @since  1.5
 */
public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

而其中IntegerCache类的实现为:

/**
 * Cache to support the object identity semantics of autoboxing for values between
 * -128 and 127 (inclusive) as required by JLS.
 *
 * The cache is initialized on first usage.  The size of the cache
 * may be controlled by the {@code -XX:AutoBoxCacheMax=<size>} option.
 * During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property
 * may be set and saved in the private system properties in the
 * sun.misc.VM class.
 */

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() {}
}

从这2段代码可以看出,在通过valueOf方法创建Integer对象的时候,如果数值在[-128,127]之间,便返回指向IntegerCache.cache中已经存在的对象的引用;否则创建一个新的Integer对象。

The Java Language Specification, 3rd Edition 写道:

If the value p being boxed is true, false, a byte, a char in the range \u0000 to \u007f, or an int or short number between -128 and 127, then let r1 and r2 be the results of any two boxing conversions of p. It is always the case that r1 == r2.

为了节省内存,对于下列包装对象的两个实例,当它们的基本值相同时,他们总是==:

 Boolean:(全部缓存)
 Byte:(全部缓存)
 Character: (\u0000 - \u007f)(<= 127缓存)
 Short:(-128 — 127缓存)
 Long:(-128 — 127缓存)
 Float:(没有缓存)

同样对于垃圾回收器来说:

Integer i = 100;
i = null;//will not make any object available for GC at all.

这里的代码不会有对象符合垃圾回收器的条件,这儿的i虽然被赋予null,但它之前指向的是cache中的Integer对象,而cache没有被赋null,所以Integer(100)这个对象还是存在。

而如果i大于127或小于-128则它所指向的对象将符合垃圾回收的条件:

Integer i = 10000;
i = null;//will make the newly created Integer object available for GC.

使用Oracle/Sun JDK 6,在server模式下,使用-XX:AutoBoxCacheMax=NNN参数即可将Integer的自动缓存区间设置为[-128,NNN]。注意区间的下界固定在-128不可配置。

在client模式下该参数无效。这个参数是server模式专有的,在c2_globals.hpp中声明,默认值是128;不过这个默认值在默认条件下不起作用,要手动设置它的值或者是开启-XX:+AggressiveOpts参数才起作用。

在设置了-XX:+AggressiveOpts启动参数后,AutoBoxCacheMax的默认值会被修改为20000并且生效。

参考arguments.cpp:

// Aggressive optimization flags  -XX:+AggressiveOpts
void Arguments::set_aggressive_opts_flags() {
#ifdef COMPILER2
  if (AggressiveOpts || !FLAG_IS_DEFAULT(AutoBoxCacheMax)) {
    if (FLAG_IS_DEFAULT(EliminateAutoBox)) {
      FLAG_SET_DEFAULT(EliminateAutoBox, true);
    }
    if (FLAG_IS_DEFAULT(AutoBoxCacheMax)) {
      FLAG_SET_DEFAULT(AutoBoxCacheMax, 20000);
    }

    // Feed the cache size setting into the JDK
    char buffer[1024];
    sprintf(buffer, "java.lang.Integer.IntegerCache.high=" INTX_FORMAT, AutoBoxCacheMax);
    add_property(buffer);
  }
  // ...
#endif
}

测试代码:

// run with:
// java -server -XX:AutoBoxCacheMax=1000 TestAutoBoxCache

public class TestAutoBoxCache {
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 1000;
        Integer b = 1000;
        System.out.println(a == b);

        Integer c = 1001;
        Integer d = 1001;
        System.out.println(c == d);

        Integer e = 20000;
        Integer f = 20000;
        System.out.println(e == f);
    }
}

在命令行上测试:

$ javac TestAutoBoxCache.java

$ java TestAutoBoxCache
false
false
false

$ java -server TestAutoBoxCache
false
false
false

$ java -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=1000 TestAutoBoxCache
true
false
false

$ java -server -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=1000 TestAutoBoxCache
true
false
false

$ java -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=1001 TestAutoBoxCache
true
true
false

$ java -server -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=1001 TestAutoBoxCache
true
true
false

$ java -XX:AutoBoxCacheMax=1000 TestAutoBoxCache
Unrecognized VM option 'AutoBoxCacheMax=1000'
Could not create the Java virtual machine.

$ java -server -XX:AutoBoxCacheMax=1000 TestAutoBoxCache
true
false
false

$ java -server -XX:AutoBoxCacheMax=1001 TestAutoBoxCache
true
true
false

$ java -server -XX:+AggressiveOpts TestAutoBoxCache
true
true
true

中间报Unrecognized VM option 'AutoBoxCacheMax=1000'错误是因为这个参数只能在HotSpot Server VM上使用,在HotSpot Client VM上不支持。

  1. 下面程序的输出结果是什么?
public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Integer a = 1;
        Integer b = 2;
        Integer c = 3;
        Integer d = 3;
        Integer e = 321;
        Integer f = 321;
        Long g = 3L;
        Long h = 2L;

        System.out.println(c==d);
        System.out.println(e==f);
        System.out.println(c==(a+b));
        System.out.println(c.equals(a+b));
        System.out.println(g==(a+b));
        System.out.println(g.equals(a+b));
        System.out.println(g.equals(a+h));
    }
}

运行结果:

true
false
true
true
true
false
true

这里面需要注意的是: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)。

另外,对于包装器类型,equals方法并不会进行类型转换

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