5分钟彻底理解-Java自动装箱、拆箱

什么是自动装箱,拆箱

先抛出定义,Java中基础数据类型与它们的包装类进行运算时,编译器会自动帮我们进行转换,转换过程对程序员是透明的,这就是装箱和拆箱,装箱和拆箱可以让我们的代码更简洁易懂

Java中基础数据类型与它们对应的包装类见下表(共8种):

原始类型

包装类型

boolean

Boolean

byte

Byte

char

Character

float

Float

int

Integer

long

Long

short

Short

double

Double

当表格中左边列出的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)

我们看一段平常很常见的代码

public void testAutoBox() {
    List<Float> list = new ArrayList<>();
    list.add(1.0f);
    float firstElement = list.get(0);
}

list集合存储的是Float包装类型,我传入的是float基础类型,所以需要进行装箱,而最后的get方法返回的是Float包装类型,我们赋值给float基础类型,所以需要进行拆箱,很简单,安排的明明白白

具体自动装箱,拆箱,代码是如何实现的

既然编译器帮我们自动进行了装箱,拆箱,那么编译器到底做了些什么,要搞清楚这些,最简单直接的方式就是看类经过编译器编译后的字节码,下面是上面一段代码的字节码实现

  public testAutoBox()V
   L0
    LINENUMBER 15 L0
    NEW java/util/ArrayList
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/ArrayList.<init> ()V
    ASTORE 1
   L1
    LINENUMBER 16 L1
    ALOAD 1
    FCONST_1
    INVOKESTATIC java/lang/Float.valueOf (F)Ljava/lang/Float;
    INVOKEINTERFACE java/util/List.add (Ljava/lang/Object;)Z
    POP
   L2
    LINENUMBER 17 L2
    ALOAD 1
    ICONST_0
    INVOKEINTERFACE java/util/List.get (I)Ljava/lang/Object;
    CHECKCAST java/lang/Float
    INVOKEVIRTUAL java/lang/Float.floatValue ()F
    FSTORE 2
   L3
    LINENUMBER 18 L3
    RETURN
  • L0,对应我们代码的第一行,new了一个ArrayList,并赋值给了1号引用(就是list)。
  • L1,先加载list到栈顶,然后FCONST_1指令就是从常量池加载1.0f浮点数并压入栈顶(这一块知识,见附录1),然后调用了Float类的静态 valueOf方法,进行装箱 ,然后调用list的add方法。
  • L2,先加载list到栈顶,从常量池获取0(float,int,long,double等基础类型初始值都是0),调用list的get方法,检查是否能转换,调用了Float的floatValue方法,进行拆箱,存储得到的浮点数。

所以结果很明显了,以float和Float为例,装箱就是调用Float的valueOf方法new一个Float并赋值,拆箱就是调用Float对象的floatValue方法并赋值返回给float。其他基础类型都是大同小异的,具体可以查看源码。

自动装箱、拆箱中的坑

面试题中经常会有考点就是考察面试者对Java中自动装箱、拆箱是否了解透彻,比如下面这一道面试题?

public void testAutoBox2() {
     //1
     int a = 100;
     Integer b = 100;
     System.out.println(a == b);
     
     //2
     Integer c = 100;
     Integer d = 100;
     System.out.println(c == d);
     
     //3   
     c = 200;
     d = 200;
     System.out.println(c == d);
}

<font color="#dd0000">请问执行结果是多少?</font>

题目很常见啦,客官别见笑,我们来分析一下,

  • 第1段代码,基础类型a与包装类b进行==比较,这时b会拆箱,直接比较值,所以会打印true
  • 第2段代码,二个包装类型,都被赋值了100,所以根据我们之前的解析,这时会进行装箱,调用Integer的valueOf方法,生成2个Integer对象,引用类型==比较,直接比较对象指针,这里我们先给出结论,最后会分析原因,打印 true
  • 跟上面第2段代码类似,只不过赋值变成了200,直接说结论,打印 false

运行结果.png

结果是不是很诡异,我们直接去看Integer类valueOf方法的实现(JDK8的实现)

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

可以看到,这里的实现并不是简单的new Integer,而是用IntegerCache做一个cache,cache的range是可以配置的

private static class IntegerCache {
  static final int low = -128;
  static final int high;
  static final Integer cache[];

  static {
  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++);
  ....

这是IntegerCache静态代码块中的一段,默认Integer cache 的下限是-128,上限默认127,可以配置,所以到这里就清楚了,我们上面当赋值100给Integer时,刚好在这个range内,所以从cache中取对应的Integer并返回,所以二次返回的是同一个对象,所以==比较是相等的,当赋值200给Integer时,不在cache 的范围内,所以会new Integer并返回,当然==比较的结果是不相等的。

以上

附录1:JVM字节码整型的入栈指令有4个,分别是:

  • iconst(0~5分别对应iconst_0、iconst_1、iconst_2、iconst_3、iconst_4、iconst_5,-1对应iconst_m1)
  • bipush (-128~127)
  • sipush (-32768~32767)
  • ldc (-2147483648~2147483647)

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