(超详细)Java自动装箱拆箱

详解自动拆箱与自动装箱

一、 什么是自动装箱、自动拆箱

// 自动装箱
Integer total1 = 99;

//  自动拆箱
int total2 = total1;

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，下面是装箱和拆箱的类型。

20160329101454749.jpg

20150922151443893.jpg

这个过程是自动执行的，那么我们需要看看它的执行过程：

public class Main{
    psvm(String[] args) {
        // 自动装箱
        Integer total1 = 99;
        //  自动拆箱
        int total2 = total1;
    }
}

反编译class文件之后，详解每一行的代码发现：

Integer total1 = 99;
// 执行如上代码时系统自动为我们执行了：
Integer total1 = Integer.valueOf(99);

int total2 = total1;
// 执行如上代码时系统自动为我们执行了：
int total2 = total1.intValue();

我们现在就以Integer为例，来分析一下它的源码：

1. 首先来看看Integer.valueOf函数

   public static Integer valueOf(int i) {
       return i >= 128 || i < -128 ? new Integer(i) : SMALL_VALUES[i + 128];
   }
   

   它首先会判断i的大小：如果i小于-128或者大于等于128，就创建一个Integer对象，否则执行SMALL_VALUES[I + 128]。

   • 对于Integer对象：

   private final int value;
   
   public Integer(int value) {
       this.value = value;
   }
   
   public Integer(String string) throws NumberFormatException {
       this(parseInt(string));
   }
   

   它里面定义了一个value变量，创建一个Integer对象，就会给这个变量初始化。第二个传入的是一个String类型的变量，它会先把它转换成int值，然后进行初始化。

   • 对于SMALL_VALUES[i + 128]

     private static final Integer[] SMALL_VALUES = new Integer[256];
     

     它是一个静态的Integer数组对象，也就是说最终valueOf返回的都是一个Integer对象。所以我们这里可以总结一点：装箱的过程中会创建对应的像，这个会消耗内存，所以装箱的过程会增加内存的消耗，影响性能。

2. 接着看看intValue函数

   @Override
   public int intValue() {
        return value;
   }
   

   这个很简单，直接返回value值即可。

二、 相关问题

上面我们看到在Integer的构造函数中，它分两种情况：

1、i >= 128 || i < -128 =====> new Integer(i)
2、i < 128 && i >= -128 =====> SMALL_VALUES[i + 128]

SMALL_VALUES本来已经被创建好，也就是说在i >= 128 || i < -128是会创建不同的对象，在i < 128 && i >= -128会根据i的值返回已经创建好的指定的对象。

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);  //true
        System.out.println(i3==i4);  //false
    }
}

代码的后面，我们可以看到它们的执行结果是不一样的，为什么，在看看我们上面的说明。
1、i1和i2会进行自动装箱，执行了valueOf函数，它们的值在(-128,128]这个范围内，它们会拿到SMALL_VALUES数组里面的同一个对象SMALL_VALUES[228]，它们引用到了同一个Integer对象，所以它们肯定是相等的。

2、i3和i4也会进行自动装箱，执行了valueOf函数，它们的值大于128，所以会执行new Integer(200)，也就是说它们会分别创建两个不同的对象，所以它们肯定不等。

下面我们来看看另外一个例子：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Double i1 = 100.0;
        Double i2 = 100.0;
        Double i3 = 200.0;
        Double i4 = 200.0;

        System.out.println(i1==i2); //false
        System.out.println(i3==i4); //false
    }
}

看看上面的执行结果，跟Integer不一样，这样也不必奇怪，因为它们的valueOf实现不一样，结果肯定不一样，那为什么它们不统一一下呢？
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。

所以在Double里面的做法很直接，就是直接创建一个对象，所以每次创建的对象都不一样。

下面我们进行一个归类：
Integer派别：Integer、Short、Byte、Character、Long这几个类的valueOf方法的实现是类似的。
Double派别：Double、Float的valueOf方法的实现是类似的。每次都返回不同的对象。

下面对Integer派别进行一个总结，如下图：

20150922153039509.jpg

下面我们来看看另外一种情况：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Boolean i1 = false;
        Boolean i2 = false;
        Boolean i3 = true;
        Boolean i4 = true;

        System.out.println(i1==i2);//true
        System.out.println(i3==i4);//true
    }
}

可以看到返回的都是true，也就是它们执行valueOf返回的都是相同的对象。

public static Boolean valueOf(boolean b) {
    return b ? Boolean.TRUE : Boolean.FALSE;
}

可以看到它并没有创建对象，因为在内部已经提前创建好两个对象，因为它只有两种情况，这样也是为了避免重复创建太多的对象。

public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);

public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);

上面把几种情况都介绍到了，下面来进一步讨论其他情况。

Integer num1 = 400;  
int num2 = 400;  
System.out.println(num1 == num2); //true

说明num1 == num2进行了拆箱操作

Integer num1 = 100;  
int num2 = 100;  
System.out.println(num1.equals(num2));  //true

我们先来看看equals源码：

@Override
public boolean equals(Object o) {
    return (o instanceof Integer) && (((Integer) o).value == value);
}

我们指定equal比较的是内容本身，并且我们也可以看到equal的参数是一个Object对象，我们传入的是一个int类型，所以首先会进行装箱，然后比较，之所以返回true，是由于它比较的是对象里面的value值。

Integer num1 = 100;  
int num2 = 100;  
Long num3 = 200l;  
System.out.println(num1 + num2);  //200
System.out.println(num3 == (num1 + num2));  //true
System.out.println(num3.equals(num1 + num2));  //false

1、当一个基础数据类型与封装类进行==、+、-、*、/运算时，会将封装类进行拆箱，对基础数据类型进行运算。
2、对于num3.equals(num1 + num2)为false的原因很简单，我们还是根据代码实现来说明：

@Override
public boolean equals(Object o) {
    return (o instanceof Long) && (((Long) o).value == value);
}

它必须满足两个条件才为true：
1、类型相同
2、内容相同
上面返回false的原因就是类型不同。

Integer num1 = 100;
Integer num2 = 200;
Long num3 = 300l;
System.out.println(num3 == (num1 + num2)); //true

我们来反编译一些这个class文件：javap -c StringTest

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可以看到运算的时候首先对num3进行拆箱（执行num3的longValue得到基础类型为long的值300），然后对num1和mum2进行拆箱（分别执行了num1和num2的intValue得到基础类型为int的值100和200），然后进行相关的基础运算。
我们来对基础类型进行一个测试：

int num1 = 100;
int num2 = 200;
long mum3 = 300;
System.out.println(num3 == (num1 + num2)); //true

就说明了为什么最上面会返回true.

所以，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）。

陷阱1：

Integer integer100=null;  
int int100=integer100;

这两行代码是完全合法的，完全能够通过编译的，但是在运行时，就会抛出空指针异常。其中，integer100为Integer类型的对象，它当然可以指向null。但在第二行时，就会对integer100进行拆箱，也就是对一个null对象执行intValue()方法，当然会抛出空指针异常。所以，有拆箱操作时一定要特别注意封装类对象是否为null。

总结：
1、需要知道什么时候会引发装箱和拆箱
2、装箱操作会创建对象，频繁的装箱操作会消耗许多内存，影响性能，所以可以避免装箱的时候应该尽量避免。
3、equals(Object o) 因为原equals方法中的参数类型是封装类型，所传入的参数类型（a）是原始数据类型，所以会自动对其装箱，反之，会对其进行拆箱
4、当两种不同类型用==比较时，包装器类的需要拆箱， 当同种类型用==比较时，会自动拆箱或者装箱

三、何时发生自动拆装箱

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

还有一种情况就是Byte Short Int Long Float Double Character 这七种包装类在互相进行运算时会先各自拆箱，然后遵循自动类型提升的原则再进行运算。

Object o1 = true ? new Integer(1) : new Double(2.0);
sout(o1); // 1.0

以上结果输出应该是1.0，分析代码，首先是一个三元表达式的运算，表达式的两边属于以上7种包装类，编译时首先进行拆箱，拆箱为int类型和double类型，两种类型运算时符合自动类型提升的规则，故int类型的1提升至double类型的1.0 再将double的1.0赋值给Object类型的o1时，会进行装箱的操作，故o1最后指向的是一个Double类型的对象，在打印o1时，由于多态性的体现会执行Double类型重写Object的toString方法，所以会打印出来Double的值1.0，而不是地址，或整型数1等其他内容。

举例说明

上面的部分我们介绍了自动装箱和拆箱以及它们何时发生，我们知道了自动装箱主要发生在两种情况，一种是赋值时，另一种是在方法调用的时候。为了更好地理解这两种情况，我们举例进行说明。

赋值时

这是最常见的一种情况，在Java 1.5以前我们需要手动地进行转换才行，而现在所有的转换都是由编译器来完成。

//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

方法调用时

这是另一个常用的情况，当我们在方法调用时，我们可以传入原始数据值或者对象，同样编译器会帮我们进行转换。

public static Integer show(Integer iParam){
   System.out.println("autoboxing example - method invocation i: " + iParam);
   return iParam;
}

//autoboxing and unboxing in method invocation
show(3); //autoboxing
int result = show(3); //unboxing because return type of method is Integer

show方法接受Integer对象作为参数，当调用show(3)时，会将int值转换成对应的Integer对象，这就是所谓的自动装箱，show方法返回Integer对象，而int result = show(3);中result为int类型，所以这时候发生自动拆箱操作，将show方法的返回的Integer对象转换成int值。

四、自动装箱的弊端

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。

五、注意事项

自动装箱和拆箱可以使代码变得简洁,但是其也存在一些问题和极端情况下的问题，以下几点需要我们加强注意。

1. 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。

容易混乱的对象和原始数据值

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。在Java中另一个节省内存的例子就是字符串常量池,感兴趣的同学可以了解一下。

生成无用对象增加GC压力

因为自动装箱会隐式地创建对象，像前面提到的那样，如果在一个循环体中，会创建无用的中间对象，这样会增加GC压力，拉低程序的性能。所以在写循环时一定要注意代码，避免引入不必要的自动装箱操作。如想了解垃圾回收和内存优化，可以查看本文Google IO：Android内存管理主题演讲记录

总的来说，自动装箱和拆箱着实为开发者带来了很大的方便，但是在使用时也是需要格外留意，避免引起出现文章提到的问题。