一文讀懂什么是Java中的自動拆裝箱
本文主要介紹Java中的自動拆箱與自動裝箱的有關知識。
基本數據類型
基本類型，或者叫做內置類型，是Java中不同于類(Class)的特殊類型。它們是我們編程中使用最頻繁的類型。
Java是一種強類型語言，***次申明變量必須說明數據類型，***次變量賦值稱為變量的初始化。
Java基本類型共有八種，基本類型可以分為三類：
- 字符類型char
- 布爾類型boolean
- 整數類型byte、short、int、long
- 浮點數類型float、double。
Java中的數值類型不存在無符號的，它們的取值范圍是固定的，不會隨著機器硬件環境或者操作系統的改變而改變。
實際上，Java中還存在另外一種基本類型void，它也有對應的包裝類 java.lang.Void，不過我們無法直接對它們進行操作。
基本數據類型有什么好處
我們都知道在Java語言中，new一個對象是存儲在堆里的，我們通過棧中的引用來使用這些對象；所以，對象本身來說是比較消耗資源的。
對于經常用到的類型，如int等，如果我們每次使用這種變量的時候都需要new一個Java對象的話，就會比較笨重。
所以，和C++一樣，Java提供了基本數據類型，這種數據的變量不需要使用new創建，他們不會在堆上創建，而是直接在棧內存中存儲，因此會更加高效。
整型的取值范圍
Java中的整型主要包含byte、short、int和long這四種，表示的數字范圍也是從小到大的，之所以表示范圍不同主要和他們存儲數據時所占的字節數有關。
先來個簡答的科普，1字節=8位（bit）。java中的整型屬于有符號數。
先來看計算中8bit可以表示的數字：
- 最小值：10000000 （-128）(-2^7)
- ***值：01111111（127）(2^7-1)
整型的這幾個類型中，
- byte：byte用1個字節來存儲，范圍為-128(-2^7)到127(2^7-1)，在變量初始化的時候，byte類型的默認值為0。
- short：short用2個字節存儲，范圍為-32,768 (-2^15)到32,767 (2^15-1)，在變量初始化的時候，short類型的默認值為0，一般情況下，因為Java本身轉型的原因，可以直接寫為0。
- int：int用4個字節存儲，范圍為-2,147,483,648 (-2^31)到2,147,483,647 (2^31-1)，在變量初始化的時候，int類型的默認值為0。
- long：long用8個字節存儲，范圍為-9,223,372,036,854,775,808 (-2^63)到9,223,372,036, 854,775,807 (2^63-1)，在變量初始化的時候，long類型的默認值為0L或0l，也可直接寫為0。
超出范圍怎么辦
上面說過了，整型中，每個類型都有一定的表示范圍，但是，在程序中有些計算會導致超出表示范圍，即溢出。如以下代碼：
- int i = Integer.MAX_VALUE;
- int j = Integer.MAX_VALUE;
- int k = i + j;
- System.out.println("i (" + i + ") + j (" + j + ") = k (" + k + ")");
輸出結果：i (2147483647) + j (2147483647) = k (-2)
這就是發生了溢出，溢出的時候并不會拋異常，也沒有任何提示。所以，在程序中，使用同類型的數據進行運算的時候，一定要注意數據溢出的問題。
包裝類型
Java語言是一個面向對象的語言，但是Java中的基本數據類型卻是不面向對象的，這在實際使用時存在很多的不便，為了解決這個不足，在設計類時為每個基本數據類型設計了一個對應的類進行代表，這樣八個和基本數據類型對應的類統稱為包裝類(Wrapper Class)。
包裝類均位于java.lang包，包裝類和基本數據類型的對應關系如下表所示
在這八個類名中，除了Integer和Character類以后，其它六個類的類名和基本數據類型一致，只是類名的***個字母大寫即可。
為什么需要包裝類
很多人會有疑問，既然Java中為了提高效率，提供了八種基本數據類型，為什么還要提供包裝類呢？
這個問題，其實前面已經有了答案，因為Java是一種面向對象語言，很多地方都需要使用對象而不是基本數據類型。比如，在集合類中，我們是無法將int 、double等類型放進去的。因為集合的容器要求元素是Object類型。
為了讓基本類型也具有對象的特征，就出現了包裝類型，它相當于將基本類型“包裝起來”，使得它具有了對象的性質，并且為其添加了屬性和方法，豐富了基本類型的操作。
拆箱與裝箱
那么，有了基本數據類型和包裝類，肯定有些時候要在他們之間進行轉換。比如把一個基本數據類型的int轉換成一個包裝類型的Integer對象。
我們認為包裝類是對基本類型的包裝，所以，把基本數據類型轉換成包裝類的過程就是打包裝，英文對應于boxing，中文翻譯為裝箱。
反之，把包裝類轉換成基本數據類型的過程就是拆包裝，英文對應于unboxing，中文翻譯為拆箱。
在Java SE5之前，要進行裝箱，可以通過以下代碼：
- Integer i = new Integer(10);
自動拆箱與自動裝箱
在Java SE5中，為了減少開發人員的工作，Java提供了自動拆箱與自動裝箱功能。
自動裝箱: 就是將基本數據類型自動轉換成對應的包裝類。
自動拆箱：就是將包裝類自動轉換成對應的基本數據類型。
- Integer i =10; //自動裝箱
- int b= i; //自動拆箱
Integer i=10 可以替代 Integer i = new Integer(10);，這就是因為Java幫我們提供了自動裝箱的功能，不需要開發者手動去new一個Integer對象。
自動裝箱與自動拆箱的實現原理
既然Java提供了自動拆裝箱的能力，那么，我們就來看一下，到底是什么原理，Java是如何實現的自動拆裝箱功能。
我們有以下自動拆裝箱的代碼：
- public static void main(String[]args){
- Integer integer=1; //裝箱
- int i=integer; //拆箱
- }
對以上代碼進行反編譯后可以得到以下代碼：
- public static void main(String[]args){
- Integer integer=Integer.valueOf(1);
- int i=integer.intValue();
- }
從上面反編譯后的代碼可以看出，int的自動裝箱都是通過Integer.valueOf()方法來實現的，Integer的自動拆箱都是通過integer.intValue來實現的。如果讀者感興趣，可以試著將八種類型都反編譯一遍 ，你會發現以下規律：
自動裝箱都是通過包裝類的valueOf()方法來實現的.自動拆箱都是通過包裝類對象的xxxValue()來實現的。
哪些地方會自動拆裝箱
我們了解過原理之后，在來看一下，什么情況下，Java會幫我們進行自動拆裝箱。前面提到的變量的初始化和賦值的場景就不介紹了，那是最簡單的也最容易理解的。
我們主要來看一下，那些可能被忽略的場景。
場景一、將基本數據類型放入集合類
我們知道，Java中的集合類只能接收對象類型，那么以下代碼為什么會不報錯呢？
- List<Integer> li = new ArrayList<>();
- for (int i = 1; i < 50; i ++){
- li.add(i);
- }
將上面代碼進行反編譯，可以得到以下代碼：
- List<Integer> li = new ArrayList<>();
- for (int i = 1; i < 50; i += 2){
- li.add(Integer.valueOf(i));
- }
以上，我們可以得出結論，當我們把基本數據類型放入集合類中的時候，會進行自動裝箱。
場景二、包裝類型和基本類型的大小比較
有沒有人想過，當我們對Integer對象與基本類型進行大小比較的時候，實際上比較的是什么內容呢？看以下代碼：
- Integer a=1;
- System.out.println(a==1?"等于":"不等于");
- Boolean bool=false;
- System.out.println(bool?"真":"假");
對以上代碼進行反編譯，得到以下代碼：
- 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，包裝類與基本數據類型進行比較運算，是先將包裝類進行拆箱成基本數據類型，然后進行比較的。
場景三、包裝類型的運算
有沒有人想過，當我們對Integer對象進行四則運算的時候，是如何進行的呢？看以下代碼：
- Integer i = 10;
- Integer j = 20;
- System.out.println(i+j);
反編譯后代碼如下：
- Integer i = Integer.valueOf(10);
- Integer j = Integer.valueOf(20);
- System.out.println(i.intValue() + j.intValue());
我們發現，兩個包裝類型之間的運算，會被自動拆箱成基本類型進行。
場景四、三目運算符的使用
這是很多人不知道的一個場景，作者也是一次線上的血淋淋的Bug發生后才了解到的一種案例。看一個簡單的三目運算符的代碼：
- boolean flag = true;
- Integer i = 0;
- int j = 1;
- int k = flag ? i : j;
很多人不知道，其實在int k = flag ? i : j;這一行，會發生自動拆箱。反編譯后代碼如下：
- boolean flag = true;
- Integer i = Integer.valueOf(0);
- int j = 1;
- int k = flag ? i.intValue() : j;
這其實是三目運算符的語法規范：當第二，第三位操作數分別為基本類型和對象時，其中的對象就會拆箱為基本類型進行操作。
因為例子中，flag ? i : j;片段中，第二段的i是一個包裝類型的對象，而第三段的j是一個基本類型，所以會對包裝類進行自動拆箱。如果這個時候i的值為null，那么久會發生NPE。（自動拆箱導致空指針異常）
場景五、函數參數與返回值
這個比較容易理解，直接上代碼了：
- //自動拆箱
- public int getNum1(Integer num) {
- return num;
- }
- //自動裝箱
- public Integer getNum2(int num) {
- return num;
- }
自動拆裝箱與緩存
Java SE的自動拆裝箱還提供了一個和緩存有關的功能，我們先來看以下代碼，猜測一下輸出結果：
- 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
- System.out.println("integer3 != integer4");
- }
我們普遍認為上面的兩個判斷的結果都是false。雖然比較的值是相等的，但是由于比較的是對象，而對象的引用不一樣，所以會認為兩個if判斷都是false的。
在Java中，==比較的是對象應用，而equals比較的是值。
所以，在這個例子中，不同的對象有不同的引用，所以在進行比較的時候都將返回false。奇怪的是，這里兩個類似的if條件判斷返回不同的布爾值。
上面這段代碼真正的輸出結果：
- integer1 == integer2
- integer3 != integer4
原因就和Integer中的緩存機制有關。在Java 5中，在Integer的操作上引入了一個新功能來節省內存和提高性能。整型對象通過使用相同的對象引用實現了緩存和重用。
適用于整數值區間-128 至 +127。
只適用于自動裝箱。使用構造函數創建對象不適用。
具體的代碼實現可以閱讀Java中整型的緩存機制一文，這里不再闡述。
我們只需要知道，當需要進行自動裝箱時，如果數字在-128至127之間時，會直接使用緩存中的對象，而不是重新創建一個對象。
其中的javadoc詳細的說明了緩存支持-128到127之間的自動裝箱過程。***值127可以通過-XX:AutoBoxCacheMax=size修改。
實際上這個功能在Java 5中引入的時候,范圍是固定的-128 至 +127。后來在Java 6中，可以通過java.lang.Integer.IntegerCache.high設置***值。
這使我們可以根據應用程序的實際情況靈活地調整來提高性能。到底是什么原因選擇這個-128到127范圍呢？因為這個范圍的數字是最被廣泛使用的。 在程序中，***次使用Integer的時候也需要一定的額外時間來初始化這個緩存。
在Boxing Conversion部分的Java語言規范(JLS)規定如下：
如果一個變量p的值是：
- -128至127之間的整數(§3.10.1)
- true 和 false的布爾值 (§3.10.3)
- ‘\u0000’至 ‘\u007f’之間的字符(§3.10.4)
范圍內的時，將p包裝成a和b兩個對象時，可以直接使用a==b判斷a和b的值是否相等。
自動拆裝箱帶來的問題
當然，自動拆裝箱是一個很好的功能，大大節省了開發人員的精力，不再需要關心到底什么時候需要拆裝箱。但是，他也會引入一些問題。
包裝對象的數值比較，不能簡單的使用==，雖然-128到127之間的數字可以，但是這個范圍之外還是需要使用equals比較。
前面提到，有些場景會進行自動拆裝箱，同時也說過，由于自動拆箱，如果包裝類對象為null，那么自動拆箱時就有可能拋出NPE。
如果一個for循環中有大量拆裝箱操作，會浪費很多資源。
【本文是51CTO專欄作者Hollis的原創文章，作者微信公眾號Hollis(ID：hollischuang)】
