欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

详解Java 自动装箱与拆箱的实现原理

程序员文章站 2024-02-29 14:38:10
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i...

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。