Java中的自動裝箱與拆箱

目錄

• 1 自動裝箱與拆箱
  • 1.1 簡單理解
  • 1.2 什么是自動裝箱和拆箱
  • 1.3 自動裝箱拆箱要點
  • 1.4 何時發生自動裝箱和拆箱
    • 1.4.1 賦值時
    • 1.4.2 方法調用時
  • 1.5 自動裝箱的弊端
  • 1.6 重載與自動裝箱
  • 1.7 容易混亂的對象和原始數據值
  • 1.8 緩存的對象

1 自動裝箱與拆箱

1.1 簡單理解

自動裝箱和拆箱從Java 1.5開始引入，目的是將原始類型值自動地轉換成對應的對象。自動裝箱與拆箱的機制可以讓我們在Java的變量賦值或者是方法調用等情況下使用原始類型或者對象類型更加簡單直接。

如果在Java1.5下進行過編程的話，你一定不會陌生這一點，你不能直接地向集合(Collections)中放入原始類型值，因為集合只接收對象。通常這種情況下的做法是，將這些原始類型的值轉換成對象，然后將這些轉換的對象放入集合中。使用Integer,Double,Boolean等這些類我們可以將原始類型值轉換成對應的對象，但是從某些程度可能使得代碼不是那么簡潔精煉。為了讓代碼簡練，Java 1.5引入了具有在原始類型和對象類型自動轉換的裝箱和拆箱機制。但是自動裝箱和拆箱並非完美，在使用時需要有一些注意事項，如果沒有搞明白自動裝箱和拆箱，可能會引起難以察覺的bug。

1.2 什么是自動裝箱和拆箱

自動裝箱就是Java自動將原始類型值轉換成對應的對象，比如將int的變量轉換成Integer對象，這個過程叫做裝箱，反之將Integer對象轉換成int類型值，這個過程叫做拆箱。
因為這里的裝箱和拆箱是自動進行的非人為轉換，所以就稱作為自動裝箱和拆箱。原始類型byte,short,char,int,long,float,double和boolean對應的封裝類分別為Byte,Short,Character,Integer,Long,Float,Double,Boolean

1.3 自動裝箱拆箱要點

自動裝箱拆箱要點：

• 自動裝箱時編譯器調用valueOf將原始類型值轉換成對象，同時自動拆箱時，編譯器通過調用類似intValue(),doubleValue()等這類的方法將對象轉換成原始類型值。
• 自動裝箱是將boolean值轉換成Boolean對象，byte值轉換成Byte對象，char轉換成Character對象，float值轉換成Float對象，int轉換成Integer，long轉換成Long，short轉換成Short，自動拆箱則是相反的操作。

1.4 何時發生自動裝箱和拆箱

自動裝箱和拆箱在Java中很常見，比如我們有一個方法，接受一個對象類型的參數，如果我們傳遞一個原始類型值，那么Java會自動將這個原始類型值轉換成與之對應的對象。最經典的一個場景就是當我們向ArrayList這樣的容器中增加原始類型數據時或者是創建一個參數化的類，比如下面的ThreadLocal

ArrayList<Integer> intList = new ArrayList<Integer>();
intList.add(1); //autoboxing - primitive to object
intList.add(2); //autoboxing

ThreadLocal<Integer> intLocal = new ThreadLocal<Integer>();
intLocal.set(4); //autoboxing

int number = intList.get(0); // unboxing
int local = intLocal.get(); // unboxing in Java

舉例說明：
上面的部分我們介紹了自動裝箱和拆箱以及它們何時發生，我們知道了自動裝箱主要發生在兩種情況，一種是賦值時，另一種是在方法調用的時候。為了更好地理解這兩種情況，我們舉例進行說明。

1.4.1 賦值時

這是最常見的一種情況，在Java 1.5以前需要手動地進行轉換才行，而現在所有的轉換都是由編譯器來完成

//before autoboxing
Integer iObject = Integer.valueOf(3);
Int iPrimitive = iObject.intValue()

//after java5
Integer iObject = 3; //autobxing - primitive to wrapper conversion
int iPrimitive = iObject; //unboxing - object to primitive conversion

1.4.2 方法調用時

這是另一個常用的情況，當在方法調用時，可以傳入原始數據值或者對象，同樣編譯器會幫我們進行轉換。

public static Integer show(Integer iParam){
   System.out.println("autoboxing example - method invocation i: " + iParam);
   return iParam;
}

//autoboxing and unboxing in method invocation
show(3); //autoboxing
int result = show(3); //unboxing because return type of method is Integer

show方法接受Integer對象作為參數，當調用show(3)時，會將int值轉換成對應的Integer對象，這就是所謂的自動裝箱，show方法返回Integer對象，而int result = show(3);中result為int類型，所以這時候發生自動拆箱操作，將show方法的返回的Integer對象轉換成int值。

1.5 自動裝箱的弊端

自動裝箱有一個問題，那就是在一個循環中進行自動裝箱操作的情況，如下面的例子就會創建多余的對象，影響程序的性能。

Integer sum = 0;
for(int i=1000; i<5000; i++){
   sum+=i;
}

上面的代碼sum+=i可以看成sum = sum + i，但是+這個操作符不適用於Integer對象，首先sum進行自動拆箱操作，進行數值相加操作，最后發生自動裝箱操作轉換成Integer對象。其內部變化如下

sum = sum.intValue() + i;
Integer sum = new Integer(result);

由於我們這里聲明的sum為Integer類型，在上面的循環中會創建將近4000個無用的Integer對象，在這樣龐大的循環中，會降低程序的性能並且加重了垃圾回收的工作量。因此在編程時，需要注意到這一點，正確地聲明變量類型，避免因為自動裝箱引起的性能問題。

因為自動裝箱會隱式地創建對象，像前面提到的那樣，如果在一個循環體中，會創建無用的中間對象，這樣會增加GC壓力，拉低程序的性能。所以在寫循環時一定要注意代碼，避免引入不必要的自動裝箱操作

1.6 重載與自動裝箱

當重載遇上自動裝箱時，情況會比較有些復雜，可能會讓人產生有些困惑。在1.5之前，value(int)和value(Integer)是完全不相同的方法，開發者不會因為傳入是int還是Integer調用哪個方法困惑，但是由於自動裝箱和拆箱的引入，處理重載方法時稍微有點復雜。一個典型的例子就是ArrayList的remove方法，它有remove(index)和remove(Object)兩種重載，可能會有一點小小的困惑，其實這種困惑是可以驗證並解開的，通過下面的例子我們可以看到，當出現這種情況時，不會發生自動裝箱操作。

private void add(Integer a){
        System.out.println("====");
    };
    private void add(int a){
        System.out.println("------");
    };
    @Test
    public void testOverride(){
        DateDemo test = new DateDemo();
        test.add(1);//------
        test.add(Integer.valueOf(1));//====
    }

重載時傳入int a和Integer a是兩個不同的方法，根據傳入基本類型或者包裝類型來判斷走哪個方法

public class AutoboxingTest {
    public static void main(String args[]) {
        // Example 1: == comparison pure primitive – no autoboxing
        int i1 = 1;
        int i2 = 1;
        System.out.println("i1==i2 : " + (i1 == i2)); // true

        // Example 2: equality operator mixing object and primitive
        Integer num1 = 1; // autoboxing
        int num2 = 1;
        System.out.println("num1 == num2 : " + (num1 == num2)); // true

        // Example 3: special case - arises due to autoboxing in Java
        Integer obj1 = 1; // autoboxing will call Integer.valueOf()
        Integer obj2 = 1; // same call to Integer.valueOf() will return same
                            // cached Object

        System.out.println("obj1 == obj2 : " + (obj1 == obj2)); // true

        // Example 4: equality operator - pure object comparison
        Integer one = new Integer(1); // no autoboxing
        Integer anotherOne = new Integer(1);
        System.out.println("one == anotherOne : " + (one == anotherOne)); // false

    }

}

Output:
i1==i2 : true
num1 == num2 : true
obj1 == obj2 : true
one == anotherOne : false

值得注意的是第三個小例子，這是一種極端情況。obj1和obj2的初始化都發生了自動裝箱操作。但是處於節省內存的考慮，JVM會緩存-128到127的Integer對象。因為obj1和obj2實際上是同一個對象。所以使用==比較返回true。

1.7 容易混亂的對象和原始數據值

另一個需要避免的問題就是混亂使用對象和原始數據值，一個具體的例子就是當在一個原始數據值與一個對象進行比較時，如果這個對象沒有進行初始化或者為Null，在自動拆箱過程中obj.xxxValue，會拋出NullPointerException,如下面的代碼

private static Integer count;

//NullPointerException on unboxing
if( count <= 0){
  System.out.println("Count is not started yet");
}

1.8 緩存的對象

這個問題就是我們上面提到的極端情況，在Java中，會對-128到127的Integer對象進行緩存，當創建新的Integer對象時，如果符合這個這個范圍，並且已有存在的相同值的對象，則返回這個對象，否則創建新的Integer對象。

在Java中另一個節省內存的例子就是字符串常量池,感興趣的同學可以了解一下字符串詳解