[日报] java基本类型与包装类型之间的关系

目录

介绍

一、原生类与包装类

1.自动装箱（Autoboxing）

2.自动拆箱（Unboxing

3.空值（null）

4.泛型支持

5.方法重载

6.性能

7.存储位置

栈（Stack）

堆（Heap）

引用

重点

8.默认值

二、注意项

1. float和double

2. 1、l、|

3.boolean的存储大小

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介绍

Java中，数据类型分为基本数据类型（或叫做原生类、内置类型）和引用数据类型。原生类是指基本数据类型。Java不是纯的面向对象的语言，不纯的地方就是这些基本数据类型不是对象。当然初期Java的运行速度很慢，基本数据类型能在一定程度上改善性能。如果你想编写纯的面向对象的程序，用包装器类是取代基本数据类型就可以了。

Java不被认为是纯粹的面向对象编程语言，主要是因为它支持基本类型，这些类型不是对象。在纯粹的面向对象语言中，一切都是对象，包括数字、字符和布尔值。

在Java早期版本中，性能是一个重要的考虑因素，因为Java程序运行在Java虚拟机（JVM）上，而JVM本身就带来了一定的性能开销。使用基本类型可以减少内存占用，并提高处理速度，因为它们存储在栈上，并且可以直接访问，不需要通过引用。相比之下，包装类型是存储在堆上的对象，它们需要更多的内存，并且访问时可能涉及到指针解引用。

为了提供面向对象的一致性，Java为每个基本类型提供了对应的包装类。这些类提供了一些有用的方法，比如将字符串转换为数值，或者将数值转换为不同的基本类型。此外，由于Java 5引入了自动装箱和自动拆箱，使用包装类型变得更加方便，因为编译器可以自动在基本类型和它们的包装类型之间转换，让开发者能够更专注于业务逻辑。

但是，即使有自动装箱和拆箱，使用包装类型仍然有其代价。每次装箱操作都可能涉及到创建新的对象，这可能会导致额外的垃圾回收（GC）开销。因此，对于大量数值操作的性能敏感应用，如科学计算和高频交易系统，建议直接使用基本类型。

随着Java语言的发展，性能优化一直是JVM和Java语言本身的一个重要方向。JVM的即时编译器（JIT）和垃圾收集器（GC）都经过了大量优化，以提高性能和降低延迟。这些优化使得包装类型的性能开销相对于早期的Java版本有了显著的减少。

除了性能考虑之外，包装类型在Java的集合框架中也扮演着关键角色。由于Java的集合类（如List、Set和Map）不支持基本类型，所以在这些集合中存储基本类型的数据时，必须使用相应的包装类型。这就是为什么在使用泛型集合时，我们使用Integer而不是int，使用Double而不是double等等。

一、原生类与包装类

Java中的基本数据类型和对应的包装类

基本类型	包装类型	举例	基本类型的存储空间	范围	基本类型的默认值
boolean	Boolean	true	没有明确定义	用于表示逻辑值true（真）或false（假）	false
byte	Byte	100	8位	-128 ~ 127	0
char	Character	'A'	16位	16位Unicode字符	'\u0000'（空字符）
short	Short	5000	16位	-32768 ~ 32767	0
int	Integer	100000	32位	-2^31 ~ 2^31-1	0
long	Long	15000000000L	64位	-2^63 ~ 2^63-1	0L
float	Float	5.99f	32位	32位单精度浮点数	0.0f
double	Double	19.99	64位	64位双精度浮点数	0.0d

没有String，记住了

基本类型与包装类型之间的关系主要体现在以下几个方面：

1.自动装箱（Autoboxing）

一个基本类型自动转换成对应的包装类型时，称为自动装箱。这是Java编译器提供的一个特性，可以让我们在编写代码时不必显式地进行类型转换。

Integer integer  = 10; 

2.自动拆箱（Unboxing

当一个包装类型自动转换成对应的基本类型时，称为自动拆箱。这同样是Java编译器的特性。

int i = integer;

3.空值（null）

包装类型是对象，因此它们可以赋值为null，表示没有任何对象与该变量关联。基本类型的变量不能赋值为null，它们总是有一个默认值，例如int的默认值是0。

4.泛型支持

Java的泛型不支持基本类型，只支持对象类型。因此，在使用泛型时，必须使用包装类型。

5.方法重载

当一个方法被重载，并且参数类型分别是基本类型和对应的包装类型时，基本类型的方法会被优先调用。

class TestTest {
    @Test
    public void mainTest(){
        method(1);
    }

    public void method(int i){
        System.out.println("基元类型方法被调用");
    }

    public void method(Integer i){
        System.out.println("包装类型方法被调用");
    }
}

6.性能

基本类型通常比包装类型更高效，因为包装类型需要额外的内存来存储对象的元数据，并且可能涉及到额外的方法调用。在性能敏感的场合，推荐使用基本类型。

7.存储位置

基本类型的数据通常存储在栈上，而包装类型的对象存储在堆上。

这里对JVM的内存模型提一嘴：

在Java中，虚拟机（JVM）的内存模型定义了不同的区域来存储不同类型的数据。其中两个主要区域是栈（Stack）和堆（Heap）。理解这两个区域如何工作有助于深入了解Java程序的内存管理。

栈（Stack）

栈是一种线程私有的内存区域，每个线程创建时都会获得自己的栈，用于存储局部变量和部分控制信息。在栈中，数据的存储遵循后进先出（LIFO）的原则。栈内存主要用于执行方法调用，每当一个方法被调用时，就会创建一个新的栈帧（Stack Frame）来存储该方法的局部变量、操作数栈、动态链接信息和方法返回值。

• 线程：每个线程在Java虚拟机中都有自己的栈，用于存储方法调用的栈帧。
• 栈帧：栈帧是一个包含局部变量、操作数栈、动态链接和方法返回信息的数据结构。每个方法调用都会创建自己的栈帧。
• 局部变量：包括基本数据类型和对象引用。基本数据类型的值直接存储在栈帧的局部变量表中，而对象引用则是指向堆中实际对象的指针或者句柄。

堆（Heap）

堆是Java虚拟机中一个共享的内存区域，用于存放对象实例和数组。所有线程共享访问堆内存，因此堆内存中的对象可以在不同线程之间共享。当代码中创建一个对象时（例如使用new关键字），对象的数据会被分配到堆上。

• 对象实例：所有通过new关键字创建的对象都存储在堆内存中。
• 数组：在Java中，数组也被视为对象，因此数组的内存也是在堆上分配的。

引用

在Java中，当你创建一个对象时，实际上你获得的是一个引用，这个引用指向堆内存中的对象。引用本身是存储在栈上的（作为局部变量的一部分），但它指向的对象数据存储在堆上。

重点

• 基本类型的数据通常存储在栈上。
• 包装类型和其他对象类型存储在堆上。
• 堆是一个共享内存区域，用于存储所有对象实例和数组。
• 引用类型的变量存储在栈上，但它们指向的对象存储在堆上。

8.默认值

类的成员变量的包装类型默认值为null，而基本类型的成员变量有其预定义的默认值，例如int为0，boolean为false。

二、注意项

1. float和double

float 类型是单精度32位IEEE 754浮点数，其最大精度大约是7个十进制数位。

double 类型是双精度64位IEEE 754浮点数，其最大精度大约是15个十进制数位。

这里的“大约”是因为浮点数的表示是基于二进制的，而我们通常讨论的精度是基于十进制的。由于二进制和十进制不是完全对应的，所以精度的值是一个近似值。

精度是指在转换成二进制数时能够保留的有效数字的位数。由于浮点数的存储方式包含了指数部分和尾数部分，所以它们并不是用来精确存储数字的，而是用来表示一个范围内的近似值。

在处理需要高精度的计算时，通常不推荐使用float和double，因为它们可能会引入舍入误差。对于要求高精度的应用，应该使用BigDecimal类，它提供了任意精度的浮点数运算。

误差演示：

@Test
    public void mainTest(){
        double d = 0.00000000000011;
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            d += 0.00000000000001;
            System.out.println(d);
        }
    }

2. 1、l、|

这是老生常谈的问题了，在写以1结尾的数字时，不要以小写的L作为后缀

如果使用小写的l作为long类型的后缀，它很容易与数字1混淆（1、l、|）。同样，虽然不常见，但如果在数字后使用大写的D，它可能与字母O或数字0混淆（在某些字体下特别容易混淆）。

3.boolean的存储大小

Java 语言规范并没有明确指定 boolean 类型的确切大小。这是因为 JVM 的实现可以自由选择最适合其性能的方式来表示 boolean 值。

在Stack Overflow上的讨论中，有关于Java中boolean变量占用多少字节的问题。高赞回答中提供了一个测试类，通过创建大量的boolean和int变量的数组，并测量它们的内存使用情况，来估算boolean和int类型的平均大小。

测试结果显示，boolean数组的平均大小约为82.57544字节，而int数组的平均大小约为335.99984字节。这表明在数组中，每个boolean大约占用1个字节的空间。

关键点：

• 在Java虚拟机中，没有专门用于boolean值的字节码指令。在编译后，boolean值使用Java虚拟机中的int数据类型来表示。
• Java虚拟机直接支持boolean类型的数组，使用byte类型数组的指令来访问和修改boolean数组。
• 根据常见的虚拟机规范，编译后的boolean值使用int数据类型来代替，而int是4个字节；boolean数组中的每个元素使用1个字节。

在数组中，boolean占用1个字节，在其他情况下（如单独的boolean变量），可能占用4个字节。具体还要看虚拟机的实现，因为Java规范本身并没有明确指出boolean的大小。