Java 自动装箱和拆箱

1.Java数据类型

       在介绍Java的自动装箱和拆箱之前，我们先来了解一下Java的基本数据类型。

       在Java中，数据类型可以分为两大种，Primitive Type（基本类型）和Reference Type（引用类型）。基本类型的数值不是对象，不能调用对象的toString()、hashCode()、getClass()、equals()等方法。所以Java提供了针对每种基本类型的包装类型。如下：

Java基本数据类型

INDEX	基本类型	大小	数值范围	默认值	包装类型
1	boolean	---	true,false	false	Boolean
2	byte	8bit	-2^7 -- 2^7-1	0	Byte
3	char	16bit	\u0000 -- \uffff	\u0000	Character
4	short	16bit	-2^15 -- 2^15-1	0	Short
5	int	32bit	-2^31 -- 2^31-1	0	Integer
6	long	64bit	-2^63 -- 2^63-1	0	Long
7	float	32bit	IEEE 754	0.0f	Float
8	double	64bit	IEEE 754	0.0d	Double
9	void	---	---	---	Void

2.Java自动装箱和拆箱定义

       Java 1.5中引入了自动装箱和拆箱机制：

       (1)自动装箱：把基本类型用它们对应的引用类型包装起来，使它们具有对象的特质，可以调用toString()、hashCode()、getClass()、equals()等方法。

        如下：

        Integer a=3;//这是自动装箱

        其实编译器调用的是static Integer valueOf(int i)这个方法,valueOf(int i)返回一个表示指定int值的Integer对象,那么就变成这样: 

        Integer a=3;   =>    Integer a=Integer.valueOf(3);

        (2)拆箱：跟自动装箱的方向相反，将Integer及Double这样的引用类型的对象重新简化为基本类型的数据。

         如下：

         int i = new Integer(2);//这是拆箱

         编译器内部会调用int intValue()返回该Integer对象的int值

         注意：自动装箱和拆箱是由编译器来完成的，编译器会在编译期根据语法决定是否进行装箱和拆箱动作。

3.一个简单的例子

         代码如下：  

   Integer integer1 = 100;  
   Integer integer2 = 100;  
   System.out.println("integer1==integer2: " + (integer1 == integer2));// true  自动装箱的两个缓存中的 Integer对象的引用比较  
   System.out.println("integer1.equals(integer2): " + (integer1.equals(integer2)));// true  
   System.out.println("integer1.compare(integer2): " + integer1.compareTo(integer2));// 0      
   Integer integer3 = 200;  
   Integer integer4 = 200;  
   System.out.println("integer3==integer4: " + (integer3 == integer4));// false 自动装箱的两个new Integer的引用比较  
   System.out.println("integer3>integer4: " + (integer3 > integer4)); // false 将两个对象拆箱，再比较大小  
   System.out.println("integer3.equals(integer4): " + (integer3.equals(integer4)));// true  
   System.out.println("integer3.compare(integer4): " + integer3.compareTo(integer4));// 0     
   Integer integer5 = new Integer(100);  
   Integer integer6 = new Integer(100);  
   System.out.println("integer5==integer6: " + (integer5 == integer6)); // false 两个不同的Integer对象引用的比较  
   System.out.println("integer5.equals(integer6): " + (integer5.equals(integer6)));// true  
   System.out.println("integer5.compare(integer6): " + integer5.compareTo(integer6));// 0      
   int int1 = 100;  
   System.out.println("integer1==int1: " + (integer1 == int1));// true  Integer缓存对象拆箱后与int比较  
   System.out.println("integer1.equals(int1): " + (integer1.equals(int1)));// true  
   System.out.println("integer1.compare(int1): " + integer1.compareTo(int1));// 0        
   int int2 = 200;  
   System.out.println("integer3==int2: " + (integer3 == int2));// true Integer对象拆箱后与int比较
   System.out.println("integer3.equals(int2): " + (integer3.equals(int2)));// true  
   System.out.println("integer3.compare(int2): " + integer3.compareTo(int2));// 0

   反编译一下看得更清楚：

   Integer localInteger1 = Integer.valueOf(100);  
   Integer localInteger2 = Integer.valueOf(100);  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer1==integer2: ").append(localInteger1 == localInteger2).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer1.equals(integer2): ").append(localInteger1.equals(localInteger2)).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer1.compare(integer2): ").append(localInteger1.compareTo(localInteger2)).toString());  
   Integer localInteger3 = Integer.valueOf(200);  
   Integer localInteger4 = Integer.valueOf(200);  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer3==integer4: ").append(localInteger3 == localInteger4).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer3>integer4: ").append(localInteger3.intValue() > localInteger4.intValue()).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer3.equals(integer4): ").append(localInteger3.equals(localInteger4)).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer3.compare(integer4): ").append(localInteger3.compareTo(localInteger4)).toString());  
   Integer localInteger5 = new Integer(100);  
   Integer localInteger6 = new Integer(100);  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer5==integer6: ").append(localInteger5 == localInteger6).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer5.equals(integer6): ").append(localInteger5.equals(localInteger6)).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer5.compare(integer6): ").append(localInteger5.compareTo(localInteger6)).toString());  
   int i = 100;  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer1==int1: ").append(localInteger1.intValue() == i).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer1.equals(int1): ").append(localInteger1.equals(Integer.valueOf(i))).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer1.compare(int1): ").append(localInteger1.compareTo(Integer.valueOf(i))).toString());  
   int j = 200;  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer3==int2: ").append(localInteger3.intValue() == j).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer3.equals(int2): ").append(localInteger3.equals(Integer.valueOf(j))).toString());  
   System.out.println(new StringBuilder().append("integer3.compare(int2): ").append(localInteger3.compareTo(Integer.valueOf(j))).toStri

4.源码分析   

    4.1 valueOf工厂方法  

public static Integer valueOf(inti) {    
    if(i >= -128 &&i <=IntegerCache.high)    
       //如果i在-128~high之间,就直接在缓存中取出i的Integer类型对象  
       return IntegerCache.cache[i + 128];    
    else  
       return new Integer(i); //否则就在堆内存中创建   
}

    4.2 IntegerCache内部类

      下面我们看看Integer源码中是怎么在内部缓存数值的。    

private static class IntegerCache {//内部类，注意它的属性都是定义为static final  
    static final inthigh; //缓存上界  
    static final Integer cache[];//cache缓存是一个存放Integer类型的数组  
  
    static {//静态语句块  
        final int low = -128;//缓存下界，值不可变  
  
        // high value may beconfigured by property  
        int h = 127;// h值，可以通过设置jdk的AutoBoxCacheMax参数调整(参见(3))  
        if (integerCacheHighPropValue !=null) {  
            // Use Long.decode here to avoid invoking methods that  
            // require Integer's autoboxing cache to be initialized  
            // 通过解码integerCacheHighPropValue，而得到一个候选的上界值  
            int i = Long.decode(integerCacheHighPropValue).intValue();  
            // 取较大的作为上界，但又不能大于Integer的边界MAX_VALUE  
            i = Math.max(i, 127);//上界最小为127  
            // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE  
            h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - -low);  
        }  
        high = h; //上界确定，此时high默认一般是127  
        // 创建缓存块，注意缓存数组大小  
        cache =new Integer[(high - low) + 1];  
        int j = low;  
        for(int k = 0; k <cache.length; k++)  
            cache[k] =new Integer(j++);// -128到high值逐一分配到缓存数组  
    }  
  
    private IntegerCache() {}//构造方法,不需要构造什么

    4.3 用integerCacheHighPropValue变量设置自动装箱池大小

    /**

     * Cache to support theobject identity semantics of autoboxing for values between

     * -128 and 127(inclusive) as required by JLS.

     *

     * The cache isinitialized on first usage. During VM initialization the

     * getAndRemoveCachePropertiesmethod may be used to get and remove any system

     * properites thatconfigure the cache size. At this time, the size of the

     * cache may be controlledby the vm option -XX:AutoBoxCacheMax=<size>.

     */

       getAndRemoveCacheProperties方法，用于获取或移除JDK对Integer设置的缓存属性，同时可以通过调整虚拟机-XX:AutoBoxCacheMax=<size>选项，调整“自动装箱池”的大小 

// value of java.lang.Integer.IntegerCache.high property(obtained during VMinit)  
   private static String integerCacheHighPropValue;  
   
   static void getAndRemoveCacheProperties() {  
       if (!sun.misc.VM.isBooted()) {  
           Properties props= System.getProperties();  
           integerCacheHighPropValue=  
               (String)props.remove("java.lang.Integer.IntegerCache.high");  
           if (integerCacheHighPropValue!=null)  
               System.setProperties(props); // remove from system props  
        }  
   }

    4.4 设置-XX:AutoBoxCacheMax=<size>选项再次测试<3>中代码

         在eclipse中,选中源文件，右键Run as—>RunConfiguratio--->Arguments,在VM arguments中做以下设置：

          

         运行，控制台报错：Unrecognized VM option 'AutoBoxCacheMax=256'

         网上找到http://rednaxelafx.iteye.com/blog/680746这篇文章，里面解释的很清楚，使用Oracle/SunJDK 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]。这个参数是server模式专有的。而我使用的是HotSpot Client VM，那怎么切换成server模式呢？网上找到http://www.iteye.com/topic/857587这篇文章也很好的解决了我的问题，网上牛人好多啊，学习了。

         虚拟机版本与模式查看：
         java -version //查看JVM默认的环境 
         java -client -version //查看JVM的客户端环境,针对GUI优化,启动速度快,运行速度不如server 
         java -server -version //查看JVM的服务器端环境，针对生产环境优化,运行速度快，启动速度慢

         我的虚拟机默认版本如下：

         

         需要切换到

         

        切换方法如下：

        找到JAVA_HOME/jre/lib/i386/jvm.cfg,这就是JVM默认的查找顺序,内容如下
        -client KNOWN 
        -server KNOWN 
        -hotspot ALIASED_TO -client 
        -classic WARN 
        -native ERROR 
        -green ERROR 
       只需要把-server和-clent换个位置就行了.如下 
       -server KNOWN 
       -client KNOWN 
       -hotspot ALIASED_TO -client 
       -classic WARN 
       -native ERROR 
       -green ERROR

       最后运行，得到如下结果：

       Integer integer1 = 100;

       Integer integer2 = 100;

       System.out.println("integer1==integer2: " + (integer1 == integer2));// true 自动装箱的两个缓存中的 Integer对象的引用比较

       System.out.println("integer1.equals(integer2): " + (integer1.equals(integer2)));// true

       System.out.println("integer1.compare(integer2): " + integer1.compareTo(integer2));// 0      

       Integer integer3 = 200;

       Integer integer4 = 200;

       System.out.println("integer3==integer4: " + (integer3 ==integer4)); // true 自动装箱的两个new Integer的引用比较

       System.out.println("integer3>integer4: " + (integer3 > integer4)); // false将两个对象拆箱，再比较大小

       System.out.println("integer3.equals(integer4): " + (integer3.equals(integer4)));// true

       System.out.println("integer3.compare(integer4): " + integer3.compareTo(integer4));// 0  

       Integer integer5 =new Integer(100);

       Integer integer6 =new Integer(100);

       System.out.println("integer5==integer6: " + (integer5 == integer6));// false两个不同的Integer对象引用的比较

       System.out.println("integer5.equals(integer6): " + (integer5.equals(integer6)));// true

       System.out.println("integer5.compare(integer6): " + integer5.compareTo(integer6));// 0   

       intint1 = 100;

       System.out.println("integer1==int1: " + (integer1 == int1));// true Integer缓存对象拆箱后与int比较

       System.out.println("integer1.equals(int1): " + (integer1.equals(int1)));// true

       System.out.println("integer1.compare(int1): " + integer1.compareTo(int1));// 0      

       intint2 = 200;

       System.out.println("integer3==int2: " + (integer3 == int2));// true Integer对象拆箱后与int比较

       System.out.println("integer3.equals(int2): " + (integer3.equals(int2)));// true

       System.out.println("integer3.compare(int2): " + integer3.compareTo(int2));// 0

       可以看到黄色那行和3的测试结果相比，结果变成了true，说明-XX:AutoBoxCacheMax=<size>这个选项真的可以改变Integer的缓存大小。     

5.疑问解答

    5.1 看IntegerCache的源码可以知道Integer的缓存至少要覆盖[-128, 127]的范围，为什么？

     参见《The Java™Language Specification Java SE 7Edition 5.1.7》Boxing Conversion的描述

      If the valuepbeing boxed is true, false, a byte, or a char inthe range \u0000 to \u007f,or an int or short numberbetween -128 and 127 (inclusive),then letr1andr2be the results of any two boxing conversions ofp. It is always the case thatr1==r2.

    5.2 其它基本数据类型对应的包装类型的自动装箱池大小

       Byte,Short,Long对应的是-128~127

       Character对应的是0~127

       Float和Double没有自动装箱池

6.总结

         Java使用自动装箱和拆箱机制，节省了常用数值的内存开销和创建对象的开销，提高了效率。通过上面的研究和测试，结论如下：

      （1）Integer和 int之间可以进行各种比较；Integer对象将自动拆箱后与int值比较

      （2）两个Integer对象之间也可以用>、<等符号比较大小；两个Integer对象都拆箱后，再比较大小

      （3） 两个Integer对象最好不要用==比较。因为：-128~127范围(一般是这个范围)内是取缓存内对象用，所以相等，该范围外是两个不同对象引用比较，所以不等。

       以上是我个人学习和研究结论，如有不正确之处，欢迎大家指正。