Java中基本数据类型和包装类区别和联系

基本数据类型和包装类指什么

我们先来看一下Java中的基数据类型有哪些：

从上图我们能够看到数据类型主题氛围两类，基本数据类型和引用数据类型，但是为何我们要把它分为两类呢，这是由它底层的存储的位置决定了它的们拥有各自特殊的功能性质，我们这里先了解后面会详细赘述。
我们这里在看基本数据类型，这里面有八种基本数据类型，它们都有自己对应的包装类型。

这里我们会有疑问为何会有包装类型，它能干什么，它们两个有什么区别、、、种种疑问。还是前面说的，一个东西性质是由它底层决定的，我们这里只是开个头，后面整篇文章看完后这些问题都会解决。

装箱以及拆箱

基本数据类型和包装类型直接的转换我们称之为装箱和拆箱操作。而我们的装箱以及拆箱操作在JDK5之前装箱以及拆箱只能程序员手动来操作，但是在JDK5之后就有了自动装箱以及拆箱，但是自动装箱以及拆箱原理和我们手动一样。这里我们先来看一下装箱以及拆箱的实现，之后我们在去看原理解决前一段后面的疑问。

• 手动/自动装箱

int a1=4;
//手动装箱
      Integer ai = new Integer(a1);
//自动装箱
     Integer aj = a1;

• 手动/自动拆箱

//手动拆箱
int ah = ai.intValue();
 //自动拆箱
 int ag = ai;

这里我们只是把自动装箱和拆箱开了个头，让大家看看，具体里面东西还要结合底层来说。

自动装箱与拆箱的实现原理（基本数据类型和包装类存储在哪）

基本数据类型存储位置

我们先来说我们基本数据类型都存储在我们的Class常量池中。而我们的常量池属于方法区。

包装类型的存储位置、自动装箱与拆箱的实现原理

下面例子是自动装箱和拆箱带来的疑惑

    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);  
            Integer i7=128;
            Integer i8=128;
            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("i7==i8"+(i7==i8));      
            System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));   
              
            System.out.println();          
        }  
    } 

请看下面的输出结果跟你预期的一样吗？
输出的结果：
i=i0        true
i1=i2       true
i1=i2+i3    true
i4=i5       false
i4=i5+i6    true
i7=i8 false
d1=d2     false

为什么会这样？带着疑问继续往下看。
自动装箱时编译器调用valueOf将原始类型值转换成对象，同时自动拆箱时，编译器通过调用类似intValue(),doubleValue()这类的方法将对象转换成原始类型值。
双等号运算符==，对于基本数据类型比较的是数值，对于两个对象则比较的是地址

明白自动装箱和拆箱的原理后，我们带着上面的疑问进行分析下Integer的自动装箱的实现源码。如下：

    public static Integer valueOf(int i) {
     
        //判断i是否在-128和127之间，存在则从IntegerCache中获取包装类的实例，否则new一个新实例
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }


    //使用亨元模式，来减少对象的创建（亨元设计模式大家有必要了解一下，我认为是最简单的设计模式，也许大家经常在项目中使用，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[];

        //静态方法，类加载的时候进行初始化cache[],静态变量存放在常量池中
        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; 自动装箱，相当于调用了Integer.valueOf(40);方法。
    首先判断i值是否在-128和127之间，如果在-128和127之间则直接从IntegerCache.cache缓存中获取指定数字的包装类；不存在则new出一个新的包装类。
    IntegerCache内部实现了一个Integer的静态常量数组，在类加载的时候，执行static静态块进行初始化-128到127之间的Integer对象，存放到cache数组中。cache属于常量，存放在java的方法区中。

接着看下面是java8种基本类型的自动装箱代码实现。如下

    //boolean原生类型自动装箱成Boolean
    public static Boolean valueOf(boolean b) {
     
        return (b ? TRUE : FALSE);
    }

    //byte原生类型自动装箱成Byte
    public static Byte valueOf(byte b) {
     
        final int offset = 128;
        return ByteCache.cache[(int)b + offset];
    }

    //byte原生类型自动装箱成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原生类型自动装箱成Character
    public static Character valueOf(char c) {
     
        if (c <= 127) {
      // must cache
            return CharacterCache.cache[(int)c];
        }
        return new Character(c);
    }
    
    //int原生类型自动装箱成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原生类型自动装箱成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原生类型自动装箱成Double
    public static Double valueOf(double d) {
     
        return new Double(d);
    }

    //float原生类型自动装箱成Float
    public static Float valueOf(float f) {
     
        return new Float(f);
    }

通过分析源码发现，只有double和float的自动装箱代码没有使用缓存，每次都是new 新的对象，其它的6种基本类型都使用了缓存策略。
    使用缓存策略是因为，缓存的这些对象都是经常使用到的（如字符、-128至127之间的数字），防止每次自动装箱都创建一次对象的实例。
    而double、float是浮点型的，没有特别的热的（经常使用到的）数据的，缓存效果没有其它几种类型使用效率高。
    
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。

下面在看下装箱和拆箱问题解惑。

    //1、这个没解释的就是true
    System.out.println("i=i0\t" + (i == i0));  //true
    //2、int值只要在-128和127之间的自动装箱对象都从缓存中获取的，所以为true
    System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2));  //true
    //3、涉及到数字的计算，就必须先拆箱成int再做加法运算，所以不管他们的值是否在-128和127之间，只要数字一样就为true
    System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));//true  
    //比较的是对象内存地址，所以为false
    System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5));  //false
    //5、同第3条解释，拆箱做加法运算，对比的是数字，所以为true
    System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));//true 
    //由于i7和i8超过了127，所以不能从缓存中直接取出，两个都需要在堆中创建不同的对象空间
    System.out.println("i7==i8"+(i7==i8));     
    //double的装箱操作没有使用缓存，每次都是new Double，所以false
    System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));//false

• 看到这里我们已经对自动装箱和拆箱的原理了解，现在需要解决最后一个问题自动拆箱和装箱的时机。
  当基础类型与它们的包装类有如下几种情况时，编译器会自动帮我们进行装箱或拆箱.
  进行 = 赋值操作（装箱或拆箱）
  进行+，-，*，/混合运算 （拆箱）
  进行>,<,==比较运算（拆箱）
  调用equals进行比较（装箱）
  ArrayList,HashMap等集合类 添加基础类型数据时（装箱）

• 最后我们再来看看自动拆装箱我目前知道可能遇到的问题
  基本类型只有功能完备的值，而包装类型除了其对应的基本类型所有的功能之外，还有一个非功能值：null。
  现在来看一段简单的代码：
  static Integer i;
  public static void main(String[] args) {
  　　if(i == 128){
  　　System.out.println(“Unbelieveable~”);
  　　}
  }
  你认为会输出什么呢？不知道？自己运行一下~~~~
  其实这段代码并不能正确的运行，因为它会报一个NullPointException异常，为什么？因为在定义i的时候，它是Integer类的一个引用，而i没有初始化，就像所有对象引用一样，如果没有初始化那么就赋一个null值。既然现在i是一个null，那么上面已经提到，当混合使用基本类型与包装类型时，包装类会自动拆箱。现在i都没有指向任何对象，因此拆箱的时候就会报一个NullPointException异常。

这里我们看到包装类可以允许NULL值，因为它是一个对象。而我们的基本数据类型没有NULL值，所以在我们想要从数据库的到值时候，一定要用包装类型，因为我们也不知道是否会返回一个NULL值。所以在平常使用中最好使用包装类。