Java基础 - 包装器类型

2019-02-02 本文已影响0人 HRocky

一、基本类型

类型的作用是修饰变量，不同的类型修饰变量表示这个变量代表不同的数据含义。

Java是一门面向对象编程的语言，就像《Java编程思想》中说到的那样: "一切都是对象"。但是在程序设计中经常用到一系列的类型，它们需要特殊对待。可以把它们想象成"基本"类型。之所以特殊对待，是因为new将对象存储在"堆"里，故用new创建一个对象——特别是小的、简单的变量，往往不是很有效。因此，对于这些类型，Java采取与C和C++相同的方法。就是说，不用new来创建变量，而是创建一个并非是引用的"自动"变量。这个变量直接存储"值"，并置于堆栈中，因此更加高效。

可以这样理解吧，像下面这样:

int a = 123;

就可以理解为在内存中开辟了一个空间，这个空间存储值123，用命名"a"代表这个空间，访问a即表示访问这个空间。

可以比对一下C中的指针，在C语言中可以一个指针，如下：

int *a;

这个与上面的不同，这个命名a代表的内存空间存储的就不是直接值，而是代表另外一个内存空间的地址，比如这样：

int a = 123;
int *b = &a;

总之就这样理解：基本类型修饰的变量代表它所表示的这段内存空间存储的是直接值。

Java中定义的基本类型

Java中定义了8种基本类型，分别是数字类型和布尔类型。

数字类型又可以分为整数类型和浮点类型。
整数类型包括byte、short、int和long，它们的值分别是8位、16位、32位和64位有符号二进制补码表示的整数；char也是一种整数类型，它的值是16位无符号整数，表示，UTF-16码元。
浮点数类型包括float和double，前者的值包括32位IEEE 754浮点数，而后者的值包括64位IEEE 754浮点数。

布尔类型只有两个值：true和false。

二、包装器类型

上面说了，一切都是对象。对于基本类型，Java都定义了相对应的包装器类，使得可以在堆中创建一个非基本对象，用来表示对应的基本类型。

有人会问，有了基本类型为什么还要定义包装类呢？

以对象的方式来操作基本类型的数据，解决一些特定的问题，这是引入包装类的原因。

比如说我们定义了一个学生类Student，其中有一个属性表示该学生某学科的考试成绩，成绩我们用整型的数据表示。那么这个数据我们用什么数据类型修饰呢？不提及到包装类的情况下，我们用int类型来修饰这个属性，但是你会发现这样不能解决一个特殊的问题，就是你无法表示这个学生该学科没有成绩（规定不用用其他属性标记表示没有成绩）。如果我们用包装类Integer来表示，空值就可以表示没有成绩。

0就是表示成绩为0分，不能表示没有成绩。

上面只是举了某个需要包装类的需求，这种需求的场景还有很多，就不一一举例。

Java定义的包装器类型

基本类型对应的包装类如下表所示：

基本类型	包装器类型
boolean	Boolean
byte	Byte
char	Character
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double

三、装箱和拆箱

上面我们已经说到了基本类型都有相对于的包装器类型，那么这两种类型可以相互转换吗？

答案是肯定的，Java提供了装箱和拆箱来实现基本类型与对应包装器类型的转换。

1. 装箱

装箱是指把基本类型转换为包装类类型。

看下面的代码：

int i = 10;

这里我们定义了一个int的变量i，现在要转换到其对应的包装器类型Integer，我们怎么做，在JDK1.5之前我们可以这样做：

Integer ii = new Integer(i);

或者这样做：

Integer ii = Integer.valueOf(i);

JDK1.5中引入了自动装箱的功能来，具体如下：

init i = 10;
Integer ii = i;

这里可以看到，直接将基本类型的变量赋值给包装器类型，这种类型相比我们上面写的那两种，体现了"自动"这一概念。

那么"自动装箱"是怎么做到的呢？

看下面代码：

public class E1 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        Integer ii = i;
    }
}

我们通过javap指令来看一下生成的字节码(片段)：

{
  public E1();
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: bipush        10
         2: istore_1
         3: iload_1
         4: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
         7: astore_2
         8: return
      LineNumberTable:
        line 4: 0
        line 5: 3
        line 6: 8
}

注意下面红色方框标记：

自动装箱.png

从上面可以看到，int类型转换到Integer，直接赋值方式其实还是通过Integer的valueOf方法来操作，只是说这个是编译器为我们处理的，所以相比人为转换这个就叫做"自动"。

2. 拆箱

拆箱是指把包装类型转换为基本类型。

看下面的代码：

Integer i = 10;

这里我们定义了一个Integer的变量i，现在要转换到其对应的基本类型，我们怎么做，在JDK1.5之前我们可以这样做：

int ii = i.intValue();

对于其他基本类型的包装类类型，我们会发现都会有相对应的xxValue的方法来实现到基本类型的装换。

JDK1.5中引入了自动拆箱的功能来，具体如下：

Integer i = 10;
init ii = i;

和上面自动装箱一下，体现了自动装换这个概念。

那么"自动拆箱"是怎么做到的呢？

看下面代码：

public class E2 {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i = 10;
        int ii = i;
    }
}

我们通过javap指令来看一下生成的字节码(片段)：

{
  public E2();
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: bipush        10
         2: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
         5: astore_1
         6: aload_1
         7: invokevirtual #3                  // Method java/lang/Integer.intValue:()I
        10: istore_2
        11: return
      LineNumberTable:
        line 4: 0
        line 5: 6
        line 6: 11
}

注意下面红色方框标记：

自动拆箱.png

从上面可以看到，Integer类型转换到int，直接赋值方式其实还是通过Integer的intValue方法来操作，只是说这个是编译器为我们处理的，所以相比人为转换这个就叫做"自动"。

三、包装类缓存池

先来看一道面试题：

public class E3 {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i1 = 10;
        Integer i2 = 10;
        System.out.println(i1 == i2);

        Integer i3 = 128;
        Integer i4 = 128;
        System.out.println(i3 == i4);
    }
}

输出结果如下：

rockydeMacBook-Pro:Desktop rocky$ java E3
true
false

我们知道"=="比较两个对象是否是同一个对象，从上面的结果我们可以看到i1和i2是同一个对象，i3和i4不是同一个对象。

为什么结果是这样的?

上面我们知道基本类型数据赋值给包装类型是通过自动装箱实现的，调用的是相对应的包装类型的valueOf方法，我们来看一下Integer的valueOf方法，源代码如下：

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

我们看到用到了IntegerCache这个类，只从名字上应该也可以知道这个是做缓存用的。

JDK做了这样的处理：
为Byte、Short、Integer和Long缓存了数值范围为[-128,127](闭区间)的对象；
为Character缓存了数值范围为[0,127](闭区间)的对象。

包装类与相对应的缓存类如下：

包装类	包装类对象缓存类
Byte	ByteCache
Short	ShortCache
Integer	IntegerCache
Long	LongCache
Character	CharacterCache

有了这些知识就可以分析上面的代码:

Integer  i1 = 10;

将数值为10的Integer对象放入了缓存中。

Integer i2 = 10;

10在缓存数值区间类，直接从缓存数组中取出对象。

而128超出了缓存的数值范围，所以：

Integer i4 = 128;

创建的是一个新对象。

JDK中没有为Float和Double实现缓存池是因为某个范围内的整型数值的个数是有限的，而浮点数却不是。

1. 为什么使用缓存池

这是Flyweight pattern的一种实现：尽量与其他对象共享更多的数据以减少内存的占用。

同时，是缓存嘛，减少内存占用，同时提升性能。

2. 可以改变缓存的数值范围吗？

答案是：一些新版本的Java6和Java7开始可以在启动的时候配置-XX:AutoBoxCacheMax参数来设置Integer最大缓存的数值。这个参数配置的值会设置到java.lang.Integer.IntegerCache.high属性中，从而修改Integer最大的缓存数值。

其他有缓存的包装类缓存的数值范围都是硬编码的，无法修改。

使用JDK7我们来测试一下这个设置。

代码如下：

public class E4 {
    public static void main(String[] args) {
    Integer i1 = 128;
        Integer i2= 128;
        System.out.println(i1 == i2);

        Integer i3 = 1000;
        Integer i4= 1000;
        System.out.println(i3 == i4);

        Integer i5 = 1001;
        Integer i6= 1001;
        System.out.println(i5 == i6);
    }
}

使用下面命令运行：

java -XX:AutoBoxCacheMax=1000 E4