详解Java 自动装箱与拆箱的实现原理

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

相信你看到这就应该能明白上面的程序输出的结果为什么是true,false了，只要掌握原理，类似的问题就迎刃而解了，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。