深入浅出Java拆箱与装箱：理解自动类型转换与包装类的关系
13.3 拆箱和装箱
“哥，听说 Java 的每个基本数据类型都对应了一个包装类型，比如说 int 的包装类型为 Integer，double 的包装类型为 Double，是这样吗？”从三妹这句话当中，能听得出来，她已经提前预习这块内容了。
“是的，三妹。”我接着三妹的问题回答说。
- Java 是面向对象的编程语言，但为了提升程序的运行效率，所以 Java 搞出来了基本数据类型这套东西，比如说 int、double、boolean 等等。后面我会讲为什么。
- 但是，基本数据类型又不能满足所有的应用场景，比如说，我们定义一个 int 类型的 ArrayList，你就只能用
List<Integer> list = new ArrayList<>();这种方式来定义，不能用List<int> list = new ArrayList<>();这种方式来定义，因为泛型不支持基本数据类型。后面我也会讲为什么。
那既然存在基本数据类型，又存在包装类型，它们之间肯定存在一些使用上的差异，以及在某些场景下需要进行类型转换。这就是今天我们要讲的拆箱和装箱。
拆箱就是将包装类型对象转换为其对应的基本数据类型，而装箱则是将基本数据类型转换为相应的包装类型对象。
示例代码如下：
Integer chenmo = new Integer(10); // 装箱
int wanger = chenmo.intValue(); // 拆箱
包装类型和基本数据类型之间的区别
好，接下来我们先来介绍一下包装类型和基本数据类型之间的区别。
包装类型可以为 null，而基本数据类型不可以
别小看这一点区别，这使得包装类型可以应用于 POJO 中，而基本数据类型则不行。
POJO 是什么呢？
POJO 的英文全称是 Plain Ordinary Java Object，翻译一下就是，简单无规则的 Java 对象，只有字段以及对应的 setter 和 getter 方法。来看下面这段代码：
class Writer {
private Integer age;
private String name;
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(Integer age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
这就是一个非常纯粹，非常典型的 POJO，在我们编写的 Java 应用程序中会经常用到。
“哥，你说的 POJO 是不是就是 JavaBean 啊？”三妹这时候追问道。
“是的，如果定义没那么严格的话，JavaBean 也是一种 POJO。”
和 POJO 类似的，还有：
- 数据传输对象 DTO（Data Transfer Object，泛指用于展示层与服务层之间的数据传输对象）
- 视图对象 VO（View Object，把某个页面的数据封装起来）
- 持久化对象 PO（Persistant Object，可以看成是与数据库中的表映射的 Java 对象）。
技术派实战项目当中就有大量 POJO，我截图大家感受下，工作后其实会经常碰到。
只不过，我们不再写 setter 和 getter 方法，而是使用 Lombok 来自动生成。也就是上图当中的 @Data 注解。
“那为什么 POJO 的字段必须要用包装类型呢？”三妹又追问道。
“《阿里巴巴 Java 开发手册》上有详细的说明，你看。”我打开 PDF，并翻到了对应的内容，指着屏幕念道。
数据库的查询结果可能是 null，如果使用基本数据类型的话，因为要自动拆箱，就会抛出 NullPointerException 的异常。
“什么是自动拆箱呢？”
“自动拆箱指的是，将包装类型转为基本数据类型，比如说把 Integer 对象转换成 int 值；对应的，把基本数据类型转为包装类型，则称为自动装箱。”
“哦。”
包装类型可用于泛型，而基本数据类型不可以
“那接下来，我们来看第二点不同。包装类型可用于泛型，而基本数据类型不可以，否则就会出现编译错误。”一边说着，我一边在 Intellij IDEA 中噼里啪啦地敲了起来。
“三妹，你瞧，编译器提示错误了。”
List<int> list = new ArrayList<>(); // 提示 Syntax error, insert "Dimensions" to complete ReferenceType
List<Integer> list = new ArrayList<>();
“为什么呢？”三妹及时地问道。
“因为泛型在编译时会进行类型擦除，最后只保留原始类型，而原始类型只能是 Object 类及其子类——基本数据类型是个例外。”
这个我们在讲泛型的时候，也有详细讲过，你应该还记得吧？
“嗯，我记得。”
基本数据类型比包装类型更高效
“哥，你之前说到，Java 搞出来了基本数据类型这套东西，是为了提升程序的运行效率，为什么呢？”三妹又追问道。
那这里其实就是为了讲这个问题。
“好，接下来，我们来说第三点，基本数据类型比包装类型更高效。”我喝了一口布丁奶茶后继续说道。
“作为局部变量时，基本数据类型在栈中直接存储的具体数值，而包装类型则存储的是堆中的引用。”我一边说着，一边打开 draw.io 画起了图。
关于堆和栈的知识，我们会在讲 JVM 运行时数据区的时候详细讲解。
很显然，相比较于基本类型而言，包装类型需要占用更多的内存空间。
- 基本数据类型：仅占用足够存储其值的固定大小的内存。例如，一个 int 值占用 4 字节。
- 包装类型：占用的内存空间要大得多，因为它们是对象，并且要存储对象的元数据。例如，一个 Integer 对象占用 16 字节。
并且不仅要存储对象，还要存储引用。假如没有基本数据类型的话，对于数值这类经常使用到的数据来说，每次都要通过 new 一个包装类型就显得非常笨重。
我们通过一个简单的例子来印证这一点：
public class MemoryUsageTest {
public static void main(String[] args) {
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
long memoryBefore, memoryAfter;
int size = 1000000;
// 测试基本类型 int 的内存占用
runtime.gc();
memoryBefore = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory();
int[] intArray = new int[size];
memoryAfter = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory();
System.out.println("基本数据类型数组占用内存: " + (memoryAfter - memoryBefore));
// 测试包装类型 Integer 的内存占用
runtime.gc();
memoryBefore = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory();
Integer[] integerArray = new Integer[size];
for (int i = 0; i < size; i++) {
integerArray[i] = i; // 自动装箱
}
memoryAfter = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory();
System.out.println("包装类型数组占用内存空间: " + (memoryAfter - memoryBefore));
}
}
创建 100万个数组，一个用基本数据类型，一个用包装类型，然后比较它们的内存占用情况。
基本数据类型数组占用内存: 5342192
包装类型数组占用内存空间: 22790672
可以看得出来，基本数据类型数组占用的内存空间比包装类型的少了一个数量级。当然了，这种方法没那么严谨，但多少能说明一些问题。
不同类型数据存储的位置
“三妹，你想知道程序运行时，数据都存储在什么地方吗？”
“嗯嗯，哥，你说说呗。”
“通常来说，有 4 个地方可以用来存储数据。”
1）寄存器。这是最快的存储区，因为它位于 CPU 内部，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。
2）栈。位于 RAM（Random Access Memory，也叫主存，与 CPU 直接交换数据的内部存储器）中，速度仅次于寄存器。但是，在分配内存的时候，存放在栈中的数据大小与生存周期必须在编译时是确定的，缺乏灵活性。基本数据类型的值和对象的引用通常存储在这块区域。
3）堆。也位于 RAM 区，可以动态分配内存大小，编译器不必知道要从堆里分配多少存储空间，生存周期也不必事先告诉编译器，Java 的垃圾收集器会自动收走不再使用的数据，因此可以得到更大的灵活性。但是，运行时动态分配内存和销毁对象都需要占用时间，所以效率比栈低一些。new 创建的对象都会存储在这块区域。
4）磁盘。如果数据完全存储在程序之外，就可以不受程序的限制，在程序没有运行时也可以存在。像文件、数据库，就是通过持久化的方式，让对象存放在磁盘上。当需要的时候，再反序列化成程序可以识别的对象。
“能明白吗？三妹？”
“这节讲完后，我再好好消化一下。”
“别担心，后面讲 JVM 运行时数据区的时候也会重新讲到。”
包装类型的值可以相同，但却不相等
“那好，我们来说第四点，两个包装类型的值可以相同，但却不相等。”
Integer chenmo = new Integer(10);
Integer wanger = new Integer(10);
System.out.println(chenmo == wanger); // false
System.out.println(chenmo.equals(wanger )); // true
“两个包装类型在使用“==”进行判断的时候，判断的是其指向的地址是否相等，由于是两个对象，所以地址是不同的。”
“而 chenmo.equals(wanger) 的输出结果为 true，是因为 equals() 方法内部比较的是两个 int 值是否相等。”
private final int value;
public int intValue() {
return value;
}
public boolean equals(Object obj) {
if (obj instanceof Integer) {
return value == ((Integer)obj).intValue();
}
return false;
}
虽然 chenmo 和 wanger 的值都是 10，但他们并不相等。换句话说就是：将“==”操作符应用于包装类型比较的时候，其结果很可能会和预期的不符。
自动装箱和自动拆箱
“三妹，瞧，((Integer)obj).intValue() 这段代码就是用来拆箱的。不过这种属于手动拆箱，对应的还有一种自动拆箱，我们来详细地解释下。”
既然有基本数据类型和包装类型，肯定有些时候要在它们之间进行转换。把基本数据类型转换成包装类型的过程叫做装箱（boxing）。反之，把包装类型转换成基本数据类型的过程叫做拆箱（unboxing）。
在 Java 1.5 之前，开发人员要手动进行装拆箱，比如说：
Integer chenmo = new Integer(10); // 手动装箱
int wanger = chenmo.intValue(); // 手动拆箱
Java 1.5 为了减少开发人员的工作，提供了自动装箱与自动拆箱的功能。这下就方便了。
Integer chenmo = 10; // 自动装箱
int wanger = chenmo; // 自动拆箱
来看一下反编译后的代码。
Integer chenmo = Integer.valueOf(10);
int wanger = chenmo.intValue();
也就是说，自动装箱是通过 Integer.valueOf() 完成的；自动拆箱是通过 Integer.intValue() 完成的。
“嗯，三妹，给你出一道面试题吧。”
// 1）基本数据类型和包装类型
int a = 100;
Integer b = 100;
System.out.println(a == b);
// 2）两个包装类型
Integer c = 100;
Integer d = 100;
System.out.println(c == d);
// 3）
c = 200;
d = 200;
System.out.println(c == d);
“给你 3 分钟时间，你先思考下，我去抽根华子，等我回来，然后再来分析一下为什么。”
。。。。。。
“嗯，哥，你过来吧，我说一说我的想法。”
第一段代码，基本数据类型和包装类型进行 == 比较，这时候 b 会自动拆箱，直接和 a 比较值，所以结果为 true。
第二段代码，两个包装类型都被赋值为了 100，这时候会进行自动装箱，按照你之前说的，将“==”操作符应用于包装类型比较的时候，其结果很可能会和预期的不符，我想结果可能为 false。
第三段代码，两个包装类型重新被赋值为了 200，这时候仍然会进行自动装箱，我想结果仍然为 false。
“嗯嗯，三妹，你分析的很有逻辑，但第二段代码的结果为 true，是不是感到很奇怪？”
“为什么会这样呀？”三妹急切地问。
IntegerCache
“你说的没错，自动装箱是通过 Integer.valueOf() 完成的，我们来看看这个方法的源码就明白为什么了。”
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
是不是看到了一个之前见过的类——IntegerCache？
“难道说是 Integer 的缓存类？”三妹做出了自己的判断。
“是的，来看一下 IntegerCache 的源码吧。”
private static class IntegerCache {
// 缓存的最小值，默认为 -128
static final int low = -128;
// 缓存的最大值，默认为 127，但可以通过 JVM 参数配置
static final int high;
static final Integer cache[];
static {
// 默认情况下 high 值为 127
int h = 127;
// 通过系统属性获取用户可能配置的更高的缓存上限
// integerCacheHighPropValue 是一个字符串，代表配置的高值
int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
// 确保缓存的最高值至少为 127
i = Math.max(i, 127);
// 设置 high 的值，但不能超过 Integer.MAX_VALUE - (-low) - 1
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) - 1);
high = h;
// 初始化缓存数组，大小为 high - low + 1
cache = new Integer[(high - low) + 1];
// 填充缓存，从 low 开始，为每个值创建一个 Integer 对象
int j = low;
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
// 断言确保 high 的值至少为 127，这是 Java 语言规范要求的
assert IntegerCache.high >= 127;
}
}
大致瞟一下这段代码你就全明白了。-128 到 127 之间的数会从 IntegerCache 中取，然后比较，所以第二段代码（100 在这个范围之内）的结果是 true，而第三段代码（200 不在这个范围之内，所以 new 出来了两个 Integer 对象）的结果是 false。
“三妹，看完上面的分析之后，我希望你记住一点：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。”
自动拆箱的注意事项
“自动装拆箱是一个很好的功能，大大节省了我们开发人员的精力，但也会引发一些麻烦，比如下面这段代码，性能就很差。”
long t1 = System.currentTimeMillis();
Long sum = 0L;
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE;i++) {
sum += i;
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println(t2-t1);
“知道为什么吗？三妹。”
“难道是因为 sum 被声明成了包装类型 Long 而不是基本数据类型 long。”三妹若有所思。
“是滴，由于 sum 是个 Long 型，而 i 为 int 类型，sum += i 在执行的时候，会先把 i 强转为 long 型，然后再把 sum 拆箱为 long 型进行相加操作，之后再自动装箱为 Long 型赋值给 sum。”
等后面你学了 javap 命令之后，就可以通过 javap -v xxx.class 命令来查看这段代码的执行过程。
从这里面，你应该能看到 Long.valueOf() 和 Long.longValue() 的身影。它们分别对应了自动装箱和自动拆箱。
“三妹，你可以试一下，把 sum 换成 long 型比较一下它们运行的时间。”
。。。。。。
“哇，sum 为 Long 型的时候，足足运行了 5825 毫秒；sum 为 long 型的时候，只需要 679 毫秒。”
“好了，三妹，今天的主题就先讲到这吧。我再去来根华子。”
总结
今天我们讲了拆箱和装箱的概念，以及包装类型和基本数据类型之间的区别。最后，我们还讲了自动装箱和自动拆箱的原理，以及自动拆箱的注意事项。
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