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Java中的自动装箱与拆箱
Java 自动装箱与拆箱的实现原理
Integer.java
1. 什么是自动装箱和拆箱
在Java1.5下进行过编程的话，你一定不会陌生这一点，你不能直接地向集合(Collections)中放入原始类型值，因为集合只接收对象。通常这种情况下你的做法是，将这些原始类型的值转换成对象，然后将这些转换的对象放入集合中。使用Integer,Double,Boolean等这些类我们可以将原始类型值转换成对应的对象，但是从某些程度可能使得代码不是那么简洁精炼。为了让代码简练，Java 1.5引入了具有在原始类型和对象类型自动转换的装箱和拆箱机制。但是自动装箱和拆箱并非完美，在使用时需要有一些注意事项，如果没有搞明白自动装箱和拆箱，可能会引起难以察觉的bug。
自动装箱
就是Java自动将原始类型值转换成对应的对象，比如将int的变量转换成Integer对象，这个过程叫做装箱拆箱
将Integer对象转换成int类型值，这个过程叫做拆箱。
这里的装箱和拆箱是自动进行的非人为转换，所以就称作为自动装箱和拆箱。原始类型byte,short,char,int,long,float,double和boolean对应的封装类为Byte,Short,Character,Integer,Long,Float,Double,Boolean。
2. 何时发生自动装箱和拆箱
自动装箱和拆箱在Java中很常见，比如我们有一个方法，接受一个对象类型的参数，如果我们传递一个原始类型值，那么Java会自动讲这个原始类型值转换成与之对应的对象。最经典的一个场景就是当我们向ArrayList这样的容器中增加原始类型数据时或者是创建一个参数化的类，比如下面的ThreadLocal。
ArrayList intList = new ArrayList();
intList.add(1); //autoboxing - primitive to object
intList.add(2); //autoboxing
ThreadLocal intLocal = new ThreadLocal();
intLocal.set(4); //autoboxing
int number = intList.get(0); // unboxing
int local = intLocal.get(); // unboxing in Java
而对比在以前（java-1.5）的时候：
//before autoboxing
Integer iObject = Integer.valueOf(3);
Int iPrimitive = iObject.intValue()
//after java5
Integer iObject = 3; //autobxing - primitive to wrapper conversion
int iPrimitive = iObject; //unboxing - object to primitive conversion
3. 自动装箱带来的问题
性能问题
自动装箱有一个问题，那就是在一个循环中进行自动装箱操作的情况，如下面的例子就会创建多余的对象，影响程序的性能。
Integer sum = 0;
for(int i=1000; i<5000; i++){
sum+=i;
}
上面的代码sum+=i可以看成sum = sum + i，但是+这个操作符不适用于Integer对象，首先sum进行自动拆箱操作，进行数值相加操作，最后发生自动装箱操作转换成Integer对象。其内部变化如下
int result = sum.intValue() + i;
Integer sum = new Integer(result);
由于我们这里声明的sum为Integer类型，在上面的循环中会创建将近4000个无用的Integer对象，在这样庞大的循环中，会降低程序的性能并且加重了垃圾回收的工作量。因此在我们编程时，需要注意到这一点，正确地声明变量类型，避免因为自动装箱引起的性能问题。
重载
当重载遇上自动装箱时，情况会比较有些复杂，可能会让人产生有些困惑。在1.5之前，value(int)和value(Integer)是完全不相同的方法，开发者不会因为传入是int还是Integer调用哪个方法困惑，但是由于自动装箱和拆箱的引入，处理重载方法时稍微有点复杂。一个典型的例子就是ArrayList的remove方法，它有remove(index)和remove(Object)两种重载，我们可能会有一点小小的困惑，其实这种困惑是可以验证并解开的，通过下面的例子我们可以看到，当出现这种情况时，不会发生自动装箱操作。
public void test(int num){
System.out.println("method with primitive argument");
}
public void test(Integer num){
System.out.println("method with wrapper argument");
}
//calling overloaded method
AutoboxingTest autoTest = new AutoboxingTest();
int value = 3;
autoTest.test(value); //no autoboxing
Integer iValue = value;
autoTest.test(iValue); //no autoboxing
Output:
method with primitive argument
method with wrapper argument
对象相等比较
这是一个比较容易出错的地方，==可以用于原始值进行比较，也可以用于对象进行比较，当用于对象与对象之间比较时，比较的不是对象代表的值，而是检查两个对象是否是同一对象，这个比较过程中没有自动装箱发生。进行对象值比较不应该使用==，而应该使用对象对应的equals方法。看一个能说明问题的例子。
public class AutoboxingTest {
public static void main(String args[]) {
// Example 1: == comparison pure primitive – no autoboxing
int i1 = 1;
int i2 = 1;
System.out.println("i1==i2 : " + (i1 == i2)); // true
// Example 2: equality operator mixing object and primitive
Integer num1 = 1; // autoboxing
int num2 = 1;
System.out.println("num1 == num2 : " + (num1 == num2)); // true
// Example 3: special case - arises due to autoboxing in Java
Integer obj1 = 1; // autoboxing will call Integer.valueOf()
Integer obj2 = 1; // same call to Integer.valueOf() will return same
// cached Object
System.out.println("obj1 == obj2 : " + (obj1 == obj2)); // true
// Example 4: equality operator - pure object comparison
Integer one = new Integer(1); // no autoboxing
Integer anotherOne = new Integer(1);
System.out.println("one == anotherOne : " + (one == anotherOne)); // false
}
}
Output:
i1==i2 : true
num1 == num2 : true
obj1 == obj2 : true
one == anotherOne : false
值得注意的是第三个小例子，这是一种极端情况。obj1和obj2的初始化都发生了自动装箱操作。但是处于节省内存的考虑，JVM会缓存-128到127的Integer对象。因为obj1和obj2实际上是同一个对象。所以使用”==“比较返回true。
第四个例子，通过new integer的方式来新建的对象，不会发生自动装箱，所以，生成的是新的两个对象。
自动装箱会引发混乱而容易带来空指针异常
另一个需要避免的问题就是混乱使用对象和原始数据值，一个具体的例子就是当我们在一个原始数据值与一个对象进行比较时，如果这个对象没有进行初始化或者为Null，在自动拆箱过程中obj.xxxValue，会抛出NullPointerException,如下面的代码
private static Integer count;
//NullPointerException on unboxing
if( count <= 0){
System.out.println("Count is not started yet");
}
缓存的对象
这个问题就是我们上面提到的极端情况，在Java中，会对-128到127的Integer对象进行缓存，当自动装箱创建新的Integer对象时，如果符合这个这个范围，并且已有存在的相同值的对象，则返回这个对象，否则创建新的Integer对象。
Integer obj1 = 128; // autoboxing will call Integer.valueOf()
Integer obj2 = 128;
System.out.println("obj1 == obj2 : " + (obj1 == obj2)); // false
Integer obj1 = 127; // autoboxing will call Integer.valueOf()
Integer obj2 = 127;
System.out.println("obj1 == obj2 : " + (obj1 == obj2)); // true
这两段代码对得到不同的结果，也就是上面所说的极端情况。
4. 部分源码分析
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。
缓存的数量？
我们在源码中可以找到有一段：
/**
* Returns a {@code Integer} instance for the specified integer value.
*
* If it is not necessary to get a new {@code Integer} instance, it is
* recommended to use this method instead of the constructor, since it
* maintains a cache of instances which may result in better performance.
*
* @param i
* the integer value to store in the instance.
* @return a {@code Integer} instance containing {@code i}.
* @since 1.5
*/
public static Integer valueOf(int i) {
return i >= 128 || i < -128 ? new Integer(i) : SMALL_VALUES[i + 128];
}
/**
* A cache of instances used by {@link Integer#valueOf(int)} and auto-boxing
*/
private static final Integer[] SMALL_VALUES = new Integer[256];
static {
for (int i = -128; i < 128; i++) {
SMALL_VALUES[i + 128] = new Integer(i);
}
}
从源码就看到，数值是：[-128,127) 的时候，会直接返回缓存好的对象，否则就新建一个对象。