详解Java 自动装箱与拆箱的实现原理_JAVA教程

什么是自动装箱和拆箱

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，反之将Integer对象转换成int类型值，这个过程叫做拆箱。因为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。

下面例子是自动装箱和拆箱带来的疑惑

									public class Test { 

									  public static void main(String[] args) {   

									    test(); 

									  } 

									  public static void test() { 

									    int i = 40; 

									    int i0 = 40; 

									    Integer i1 = 40; 

									    Integer i2 = 40; 

									    Integer i3 = 0; 

									    Integer i4 = new Integer(40); 

									    Integer i5 = new Integer(40); 

									    Integer i6 = new Integer(0); 

									    Double d1=1.0; 

									    Double d2=1.0; 

									    System.out.println("i=i0\t" + (i == i0)); 

									    System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2)); 

									    System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3)); 

									    System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5)); 

									    System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));   

									    System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));  

									    System.out.println();     

									  } 

									}

请看下面的输出结果跟你预期的一样吗？

输出的结果：

i=i0 true
i1=i2 true
i1=i2+i3 true
i4=i5 false
i4=i5+i6 true
d1=d2 false

为什么会这样？带着疑问继续往下看。

自动装箱和拆箱的原理

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。

明白自动装箱和拆箱的原理后，我们带着上面的疑问进行分析下Integer的自动装箱的实现源码。如下：

									public static Integer valueOf(int i) {

									  //判断i是否在-128和127之间，如果不在此范围，则从IntegerCache中获取包装类的实例。否则new一个新实例

									  if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)

									    return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];

									  return new Integer(i);

									}

									//使用亨元模式，来减少对象的创建（亨元设计模式大家有必要了解一下，我认为是最简单的设计模式，也许大家经常在项目中使用，不知道他的名字而已）

									private static class IntegerCache {

									  static final int low = -128;

									  static final int high;

									  static final Integer cache[];

									  //静态方法，类加载的时候进行初始化cache[],静态变量存放在常量池中

									  static {

									    // high value may be configured by property

									    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++);

									    // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)

									    assert IntegerCache.high >= 127;

									  }

									  private IntegerCache() {}

									}

Integer i1 = 40; 自动装箱，相当于调用了Integer.valueOf(40);方法。

首先判断i值是否在-128和127之间，如果在-128和127之间则直接从IntegerCache.cache缓存中获取指定数字的包装类；不存在则new出一个新的包装类。

IntegerCache内部实现了一个Integer的静态常量数组，在类加载的时候，执行static静态块进行初始化-128到127之间的Integer对象，存放到cache数组中。cache属于常量，存放在java的方法区中。

接着看下面是java8种基本类型的自动装箱代码实现。如下：

									//boolean原生类型自动装箱成Boolean

									public static Boolean valueOf(boolean b) {

									  return (b ? TRUE : FALSE);

									}

									//byte原生类型自动装箱成Byte

									public static Byte valueOf(byte b) {

									  final int offset = 128;

									  return ByteCache.cache[(int)b + offset];

									}

									//byte原生类型自动装箱成Byte

									public static Short valueOf(short s) {

									  final int offset = 128;

									  int sAsInt = s;

									  if (sAsInt >= -128 && sAsInt <= 127) { // must cache

									    return ShortCache.cache[sAsInt + offset];

									  }

									  return new Short(s);

									}

									//char原生类型自动装箱成Character

									public static Character valueOf(char c) {

									  if (c <= 127) { // must cache

									    return CharacterCache.cache[(int)c];

									  }

									  return new Character(c);

									}

									//int原生类型自动装箱成Integer

									public static Integer valueOf(int i) {

									  if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)

									    return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];

									  return new Integer(i);

									}

									//int原生类型自动装箱成Long

									public static Long valueOf(long l) {

									  final int offset = 128;

									  if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache

									    return LongCache.cache[(int)l + offset];

									  }

									  return new Long(l);

									}

									//double原生类型自动装箱成Double

									public static Double valueOf(double d) {

									  return new Double(d);

									}

									//float原生类型自动装箱成Float

									public static Float valueOf(float f) {

									  return new Float(f);

									}

通过分析源码发现，只有double和float的自动装箱代码没有使用缓存，每次都是new 新的对象，其它的6种基本类型都使用了缓存策略。

使用缓存策略是因为，缓存的这些对象都是经常使用到的（如字符、-128至127之间的数字），防止每次自动装箱都创建一此对象的实例。

而double、float是浮点型的，没有特别的热的（经常使用到的）数据的，缓存效果没有其它几种类型使用效率高。

下面在看下装箱和拆箱问题解惑。

									//1、这个没解释的就是true

									System.out.println("i=i0\t" + (i == i0)); //true

									//2、int值只要在-128和127之间的自动装箱对象都从缓存中获取的，所以为true

									System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2)); //true

									//3、涉及到数字的计算，就必须先拆箱成int再做加法运算，所以不管他们的值是否在-128和127之间，只要数字一样就为true

									System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));//true 

									//比较的是对象内存地址，所以为false

									System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5)); //false

									//5、同第3条解释，拆箱做加法运算，对比的是数字，所以为true

									System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));//true   

									//double的装箱操作没有使用缓存，每次都是new Double，所以false

									System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));//false