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未验证 提交 5a0378cc 编写于 作者: H Hollis 提交者： GitHub
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docs/basics/java-basic/boxing-unboxing.md
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本文主要介绍Java中的自动拆箱与自动装箱的有关知识。
本文主要介绍 Java 中的自动拆箱与自动装箱的有关知识。
## 基本数据类型
基本类型，或者叫做内置类型，是Java中不同于类(Class)的特殊类型。它们是我们编程中使用最频繁的类型。
基本类型，或者叫做内置类型，是 Java 中不同于类(Class)的特殊类型。它们是我们编程中使用最频繁的类型。
Java是一种强类型语言，第一次申明变量必须说明数据类型，第一次变量赋值称为变量的初始化。
Java 是一种强类型语言，第一次申明变量必须说明数据类型，第一次变量赋值称为变量的初始化。
Java基本类型共有八种，基本类型可以分为三类：
Java 基本类型共有八种，基本类型可以分为三类：
> 字符类型`char`
>
> 布尔类型`boolean`
>
> 数值类型`byte`、`short`、`int`、`long`、`float`、`double`。
> 字符类型 `char`
>
> 布尔类型 `boolean`
>
> 数值类型 `byte`、`short`、`int`、`long`、`float`、`double`。
数值类型又可以分为整数类型`byte`、`short`、`int`、`long`和浮点数类型`float`、`double`。
数值类型又可以分为整数类型 `byte`、`short`、`int`、`long` 和浮点数类型 `float`、`double`。
Java中的数值类型不存在无符号的，它们的取值范围是固定的，不会随着机器硬件环境或者操作系统的改变而改变。
Java 中的数值类型不存在无符号的，它们的取值范围是固定的，不会随着机器硬件环境或者操作系统的改变而改变。
实际上，Java中还存在另外一种基本类型`void`，它也有对应的包装类 `java.lang.Void`，不过我们无法直接对它们进行操作。
实际上，Java 中还存在另外一种基本类型 `void`，它也有对应的包装类 `java.lang.Void`，不过我们无法直接对它们进行操作。
### 基本数据类型有什么好处
我们都知道在Java语言中，`new`一个对象是存储在堆里的，我们通过栈中的引用来使用这些对象；所以，对象本身来说是比较消耗资源的。
我们都知道在 Java 语言中，`new` 一个对象是存储在堆里的，我们通过栈中的引用来使用这些对象；所以，对象本身来说是比较消耗资源的。
对于经常用到的类型，如int等，如果我们每次使用这种变量的时候都需要new一个Java对象的话，就会比较笨重。所以，和C++一样，Java提供了基本数据类型，这种数据的变量不需要使用new创建，他们不会在堆上创建，而是直接在栈内存中存储，因此会更加高效。
对于经常用到的类型，如 int 等，如果我们每次使用这种变量的时候都需要 new 一个 Java 对象的话，就会比较笨重。所以，和 C++ 一样，Java 提供了基本数据类型，这种数据的变量不需要使用 new 创建，他们不会在堆上创建，而是直接在栈内存中存储，因此会更加高效。
### 整型的取值范围
Java中的整型主要包含`byte`、`short`、`int`和`long`这四种，表示的数字范围也是从小到大的，之所以表示范围不同主要和他们存储数据时所占的字节数有关。
Java 中的整型主要包含`byte`、`short`、`int`和`long`这四种，表示的数字范围也是从小到大的，之所以表示范围不同主要和他们存储数据时所占的字节数有关。
先来个简答的科普，1字节=8位（bit）。java中的整型属于有符号数。
先来个简答的科普，1 字节= 8 位（bit）。Java 中的整型属于有符号数。
先来看计算中8bit可以表示的数字：
先来看计算中 8 bit 可以表示的数字：
最小值：10000000 （-128）(-2^7)
最大值：01111111（127）(2^7-1)
整型的这几个类型中，
* byte：byte用1个字节来存储，范围为-128(-2^7)到127(2^7-1)，在变量初始化的时候，byte类型的默认值为0。
* byte：byte 用 1 个字节来存储，范围为 -128(-2^7) 到 127(2^7-1)，在变量初始化的时候，byte 类型的默认值为 0。
* short：short用2个字节存储，范围为-32,768 (-2^15)到32,767 (2^15-1)，在变量初始化的时候，short类型的默认值为0，一般情况下，因为Java本身转型的原因，可以直接写为0。
* short：short 用 2 个字节存储，范围为 -32,768(-2^15) 到 32,767(2^15-1)，在变量初始化的时候，short 类型的默认值为 0，一般情况下，因为 Java 本身转型的原因，可以直接写为 0。
* int：int用4个字节存储，范围为-2,147,483,648 (-2^31)到2,147,483,647 (2^31-1)，在变量初始化的时候，int类型的默认值为0。
* int：int 用 4 个字节存储，范围为 -2,147,483,648(-2^31) 到 2,147,483,647(2^31-1)，在变量初始化的时候，int 类型的默认值为 0。
* long：long用8个字节存储，范围为-9,223,372,036,854,775,808 (-2^63)到9,223,372,036, 854,775,807 (2^63-1)，在变量初始化的时候，long类型的默认值为0L或0l，也可直接写为0。
* long：long 用 8 个字节存储，范围为 -9,223,372,036,854,775,808(-2^63) 到 9,223,372,036, 854,775,807(2^63-1)，在变量初始化的时候，long 类型的默认值为 0L 或 0l，也可直接写为 0。
### 超出范围怎么办
......@@ -61,15 +61,15 @@ Java中的整型主要包含`byte`、`short`、`int`和`long`这四种，表示
输出结果：i (2147483647) + j (2147483647) = k (-2)
**这就是发生了溢出，溢出的时候并不会抛异常，也没有任何提示。**所以，在程序中，使用同类型的数据进行运算的时候，**一定要注意数据溢出的问题。**
**这就是发生了溢出，溢出的时候并不会抛异常，也没有任何提示。** 所以，在程序中，使用同类型的数据进行运算的时候，**一定要注意数据溢出的问题。**
## 包装类型
Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却是不面向对象的，这在实际使用时存在很多的不便，为了解决这个不足，在设计类时为每个基本数据类型设计了一个对应的类进行代表，这样八个和基本数据类型对应的类统称为包装类(Wrapper Class)。
Java 语言是一个面向对象的语言，但是 Java 中的基本数据类型却是不面向对象的，这在实际使用时存在很多的不便，为了解决这个不足，在设计类时为每个基本数据类型设计了一个对应的类进行代表，这样八个和基本数据类型对应的类统称为包装类(Wrapper Class)。
包装类均位于java.lang包，包装类和基本数据类型的对应关系如下表所示
包装类均位于 `java.lang` 包，包装类和基本数据类型的对应关系如下表所示
| 基本数据类型 | 包装类 |
| 基本数据类型 | 包装类 |
| ------- | --------- |
| byte | Byte |
| boolean | Boolean |
......@@ -80,48 +80,50 @@ Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却
| float | Float |
| double | Double |
在这八个类名中，除了Integer和Character类以后，其它六个类的类名和基本数据类型一致，只是类名的第一个字母大写即可。
在这八个类名中，除了 Integer 和 Character 类以后，其它六个类的类名和基本数据类型一致，只是类名的第一个字母大写即可。
### 为什么需要包装类
很多人会有疑问，既然Java中为了提高效率，提供了八种基本数据类型，为什么还要提供包装类呢？
很多人会有疑问，既然 Java 中为了提高效率，提供了八种基本数据类型，为什么还要提供包装类呢？
这个问题，其实前面已经有了答案，因为Java是一种面向对象语言，很多地方都需要使用对象而不是基本数据类型。比如，在集合类中，我们是无法将int 、double等类型放进去的。因为集合的容器要求元素是Object类型。
这个问题，其实前面已经有了答案，因为 Java 是一种面向对象语言，很多地方都需要使用对象而不是基本数据类型。比如，在集合类中，我们是无法将 int 、double 等类型放进去的。因为集合的容器要求元素是 Object 类型。
为了让基本类型也具有对象的特征，就出现了包装类型，它相当于将基本类型“包装起来”，使得它具有了对象的性质，并且为其添加了属性和方法，丰富了基本类型的操作。
## 拆箱与装箱
那么，有了基本数据类型和包装类，肯定有些时候要在他们之间进行转换。比如把一个基本数据类型的int转换成一个包装类型的Integer对象。
那么，有了基本数据类型和包装类，肯定有些时候要在他们之间进行转换。比如把一个基本数据类型的 int 转换成一个包装类型的 Integer 对象。
我们认为包装类是对基本类型的包装，所以，把基本数据类型转换成包装类的过程就是打包装，英文对应于 boxing，中文翻译为装箱。
我们认为包装类是对基本类型的包装，所以，把基本数据类型转换成包装类的过程就是打包装，英文对应于boxing，中文翻译为装箱。
反之，把包装类转换成基本数据类型的过程就是拆包装，英文对应于 unboxing，中文翻译为拆箱。
反之，把包装类转换成基本数据类型的过程就是拆包装，英文对应于unboxing，中文翻译为拆箱。
在 Java SE5 之前，要进行装箱，可以通过以下代码：
在Java SE5之前，要进行装箱，可以通过以下代码：
```java
Integer i = new Integer(10);
```
## 自动拆箱与自动装箱
在Java SE5中，为了减少开发人员的工作，Java提供了自动拆箱与自动装箱功能。
在 Java SE5 中，为了减少开发人员的工作，Java 提供了自动拆箱与自动装箱功能。
自动装箱: 就是将基本数据类型自动转换成对应的包装类。
自动拆箱：就是将包装类自动转换成对应的基本数据类型。
```java
Integer i =10; //自动装箱
int b= i; //自动拆箱
Integer i = 10; //自动装箱
int b = i; //自动拆箱
```
`Integer i=10` 可以替代 `Integer i = new Integer(10);`，这就是因为Java帮我们提供了自动装箱的功能，不需要开发者手动去new一个Integer对象。
`Integer i=10` 可以替代 `Integer i = new Integer(10);`，这就是因为 Java 帮我们提供了自动装箱的功能，不需要开发者手动去 new 一个 Integer 对象。
## 自动装箱与自动拆箱的实现原理
既然Java提供了自动拆装箱的能力，那么，我们就来看一下，到底是什么原理，Java是如何实现的自动拆装箱功能。
既然 Java 提供了自动拆装箱的能力，那么，我们就来看一下，到底是什么原理，Java 是如何实现的自动拆装箱功能。
我们有以下自动拆装箱的代码：
```java
public static void main(String[]args){
Integer integer=1; //装箱
......@@ -130,26 +132,28 @@ Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却
```
对以上代码进行反编译后可以得到以下代码：
```java
public static void main(String[]args){
Integer integer=Integer.valueOf(1);
int i=integer.intValue();
Integer integer=Integer.valueOf(1);
int i=integer.intValue();
}
```
从上面反编译后的代码可以看出，int的自动装箱都是通过`Integer.valueOf()`方法来实现的，Integer的自动拆箱都是通过`integer.intValue`来实现的。如果读者感兴趣，可以试着将八种类型都反编译一遍 ，你会发现以下规律：
从上面反编译后的代码可以看出，int 的自动装箱都是通过 `Integer.valueOf()` 方法来实现的，Integer 的自动拆箱都是通过 `integer.intValue` 来实现的。如果读者感兴趣，可以试着将八种类型都反编译一遍 ，你会发现以下规律：
> 自动装箱都是通过包装类的`valueOf()`方法来实现的.自动拆箱都是通过包装类对象的`xxxValue()`来实现的。
> 自动装箱都是通过包装类的 `valueOf()` 方法来实现的.自动拆箱都是通过包装类对象的 `xxxValue()` 来实现的。
## 哪些地方会自动拆装箱
我们了解过原理之后，在来看一下，什么情况下，Java会帮我们进行自动拆装箱。前面提到的变量的初始化和赋值的场景就不介绍了，那是最简单的也最容易理解的。
我们了解过原理之后，在来看一下，什么情况下，Java 会帮我们进行自动拆装箱。前面提到的变量的初始化和赋值的场景就不介绍了，那是最简单的也最容易理解的。
我们主要来看一下，那些可能被忽略的场景。
### 场景一、将基本数据类型放入集合类
我们知道，Java中的集合类只能接收对象类型，那么以下代码为什么会不报错呢？
我们知道，Java 中的集合类只能接收对象类型，那么以下代码为什么会不报错呢？
```java
List<Integer> li = new ArrayList<>();
for (int i = 1; i < 50; i ++){
......@@ -158,6 +162,7 @@ Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却
```
将上面代码进行反编译，可以得到以下代码：
```java
List<Integer> li = new ArrayList<>();
for (int i = 1; i < 50; i += 2){
......@@ -169,54 +174,62 @@ Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却
### 场景二、包装类型和基本类型的大小比较
有没有人想过，当我们对Integer对象与基本类型进行大小比较的时候，实际上比较的是什么内容呢？看以下代码：
有没有人想过，当我们对 Integer 对象与基本类型进行大小比较的时候，实际上比较的是什么内容呢？看以下代码：
```java
Integer a=1;
System.out.println(a==1?"等于":"不等于");
Boolean bool=false;
System.out.println(bool?"真":"假");
Integer a = 1;
System.out.println(a == 1 ? "等于" : "不等于");
Boolean bool = false;
System.out.println(bool ? "真" : "假");
```
对以上代码进行反编译，得到以下代码：
```java
Integer a=1;
System.out.println(a.intValue()==1?"等于":"不等于");
Boolean bool=false;
System.out.println(bool.booleanValue?"真":"假");
Integer a = 1;
System.out.println(a.intValue() == 1 ? "等于" : "不等于");
Boolean bool = false;
System.out.println(bool.booleanValue ? "真" : "假");
```
可以看到，包装类与基本数据类型进行比较运算，是先将包装类进行拆箱成基本数据类型，然后进行比较的。
### 场景三、包装类型的运算
有没有人想过，当我们对Integer对象进行四则运算的时候，是如何进行的呢？看以下代码：
有没有人想过，当我们对 Integer 对象进行四则运算的时候，是如何进行的呢？看以下代码：
```java
Integer i = 10;
Integer j = 20;
System.out.println(i+j);
```
```
反编译后代码如下：
```java
Integer i = Integer.valueOf(10);
Integer j = Integer.valueOf(20);
System.out.println(i.intValue() + j.intValue());
```
```
我们发现，两个包装类型之间的运算，会被自动拆箱成基本类型进行。
### 场景四、三目运算符的使用
这是很多人不知道的一个场景，作者也是一次线上的血淋淋的Bug发生后才了解到的一种案例。看一个简单的三目运算符的代码：
这是很多人不知道的一个场景，作者也是一次线上的血淋淋的 Bug 发生后才了解到的一种案例。看一个简单的三目运算符的代码：
```java
boolean flag = true;
Integer i = 0;
int j = 1;
int k = flag ? i : j;
```
```
很多人不知道，其实在 `int k = flag ? i : j;` 这一行，会发生自动拆箱（ JDK1.8 之前，详见：[《阿里巴巴Java开发手册-泰山版》提到的三目运算符的空指针问题到底是个怎么回事？](https://www.hollischuang.com/archives/4749) ）。
反编译后代码如下：
很多人不知道，其实在`int k = flag ? i : j;`这一行，会发生自动拆箱（JDK1.8之前，相见：https://www.hollischuang.com/archives/4749）。反编译后代码如下：
```java
boolean flag = true;
Integer i = Integer.valueOf(0);
......@@ -227,11 +240,12 @@ Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却
这其实是三目运算符的语法规范。当第二，第三位操作数分别为基本类型和对象时，其中的对象就会拆箱为基本类型进行操作。
因为例子中，`flag ? i : j;`片段中，第二段的i是一个包装类型的对象，而第三段的j是一个基本类型，所以会对包装类进行自动拆箱。如果这个时候i的值为`null`，那么就会发生NPE。（[自动拆箱导致空指针异常][1]）
因为例子中，`flag ? i : j;` 片段中，第二段的 i 是一个包装类型的对象，而第三段的 j 是一个基本类型，所以会对包装类进行自动拆箱。如果这个时候 i 的值为 `null`，那么就会发生 NPE。（[自动拆箱导致空指针异常][1]）
### 场景五、函数参数与返回值
这个比较容易理解，直接上代码了：
```java
//自动拆箱
public int getNum1(Integer num) {
......@@ -245,21 +259,22 @@ Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却
## 自动拆装箱与缓存
Java SE的自动拆装箱还提供了一个和缓存有关的功能，我们先来看以下代码，猜测一下输出结果：
Java SE 的自动拆装箱还提供了一个和缓存有关的功能，我们先来看以下代码，猜测一下输出结果：
```java
public static void main(String... strings) {
Integer integer1 = 3;
Integer integer2 = 3;
if (integer1 == integer2)
System.out.println("integer1 == integer2");
else
System.out.println("integer1 != integer2");
Integer integer3 = 300;
Integer integer4 = 300;
if (integer3 == integer4)
System.out.println("integer3 == integer4");
else
......@@ -267,56 +282,53 @@ Java SE的自动拆装箱还提供了一个和缓存有关的功能，我们先
}
```
我们普遍认为上面的两个判断的结果都是false。虽然比较的值是相等的，但是由于比较的是对象，而对象的引用不一样，所以会认为两个if判断都是false的。在Java中，==比较的是对象应用，而equals比较的是值。所以，在这个例子中，不同的对象有不同的引用，所以在进行比较的时候都将返回false。奇怪的是，这里两个类似的if条件判断返回不同的布尔值。
我们普遍认为上面的两个判断的结果都是 false。虽然比较的值是相等的，但是由于比较的是对象，而对象的引用不一样，所以会认为两个 if 判断都是 false 的。在 Java 中，`==` 比较的是对象应用，而 `equals` 比较的是值。所以，在这个例子中，不同的对象有不同的引用，所以在进行比较的时候都将返回 false。奇怪的是，这里两个类似的 if 条件判断返回不同的布尔值。
上面这段代码真正的输出结果：
integer1 == integer2
integer3 != integer4
原因就和Integer中的缓存机制有关。在Java 5中，在Integer的操作上引入了一个新功能来节省内存和提高性能。整型对象通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。
> 适用于整数值区间-128 至 +127。
>
原因就和 Integer 中的缓存机制有关。在 Java 5 中，在 Integer 的操作上引入了一个新功能来节省内存和提高性能。整型对象通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。
> 适用于整数值区间 -128 至 +127。
>
> 只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。
具体的代码实现可以阅读[Java中整型的缓存机制][2]一文，这里不再阐述。
我们只需要知道，当需要进行自动装箱时，如果数字在-128至127之间时，会直接使用缓存中的对象，而不是重新创建一个对象。
我们只需要知道，当需要进行自动装箱时，如果数字在 -128 至 127 之间时，会直接使用缓存中的对象，而不是重新创建一个对象。
其中的javadoc详细的说明了缓存支持-128到127之间的自动装箱过程。最大值127可以通过`-XX:AutoBoxCacheMax=size`修改。
其中的 Javadoc 详细的说明了缓存支持 -128 到 127 之间的自动装箱过程。最大值 127 可以通过 `-XX:AutoBoxCacheMax=size` 修改。
实际上这个功能在Java 5中引入的时候,范围是固定的-128 至 +127。后来在Java 6中，可以通过`java.lang.Integer.IntegerCache.high`设置最大值。
实际上这个功能在 Java 5 中引入的时候,范围是固定的 -128 至 +127。后来在 Java 6 中，可以通过 `java.lang.Integer.IntegerCache.high` 设置最大值。
这使我们可以根据应用程序的实际情况灵活地调整来提高性能。到底是什么原因选择这个-128到127范围呢？因为这个范围的数字是最被广泛使用的。 在程序中，第一次使用Integer的时候也需要一定的额外时间来初始化这个缓存。
这使我们可以根据应用程序的实际情况灵活地调整来提高性能。到底是什么原因选择这个 -128 到 127 范围呢？因为这个范围的数字是最被广泛使用的。 在程序中，第一次使用 Integer 的时候也需要一定的额外时间来初始化这个缓存。
在Boxing Conversion部分的Java语言规范(JLS)规定如下：
在 Boxing Conversion 部分的 Java 语言规范(JLS)规定如下：
如果一个变量p的值是：
如果一个变量 p 的值是：
-128至127之间的整数(§3.10.1)
true 和 false的布尔值 (§3.10.3)
‘\u0000’至 ‘\u007f’之间的字符(§3.10.4)
- -128 至 127 之间的整数 (§3.10.1)
- true 和 false 的布尔值 (§3.10.3)
- `\u0000` 至 `\u007f` 之间的字符 (§3.10.4)
范围内的时，将p包装成a和b两个对象时，可以直接使用a==b判断a和b的值是否相等。
范围内的时，将 p 包装成 a 和 b 两个对象时，可以直接使用 a == b 判断 a 和 b 的值是否相等。
## 自动拆装箱带来的问题
当然，自动拆装箱是一个很好的功能，大大节省了开发人员的精力，不再需要关心到底什么时候需要拆装箱。但是，他也会引入一些问题。
> 包装对象的数值比较，不能简单的使用`==`，虽然-128到127之间的数字可以，但是这个范围之外还是需要使用`equals`比较。
>
> 前面提到，有些场景会进行自动拆装箱，同时也说过，由于自动拆箱，如果包装类对象为null，那么自动拆箱时就有可能抛出NPE。
>
> 如果一个for循环中有大量拆装箱操作，会浪费很多资源。
> 包装对象的数值比较，不能简单的使用 `==`，虽然 -128 到 127 之间的数字可以，但是这个范围之外还是需要使用 `equals` 比较。
>
> 前面提到，有些场景会进行自动拆装箱，同时也说过，由于自动拆箱，如果包装类对象为 null ，那么自动拆箱时就有可能抛出 NPE。
>
> 如果一个 for 循环中有大量拆装箱操作，会浪费很多资源。
## 参考资料
[Java的自动拆装箱][3]
[Java 的自动拆装箱][3]
[1]: http://www.hollischuang.com/archives/435
[2]: http://www.hollischuang.com/archives/1174
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