如何通過原始碼瞭解Java的自動裝箱拆箱詳解

2022-04-20 19:01:32

什麼叫裝箱 & 拆箱？

將int基本型別轉換為Integer包裝型別的過程叫做裝箱，反之叫拆箱。

首先看一段程式碼

public static void main(String[] args) {
    Integer a = 127, b = 127;
    Integer c = 128, d= 128;
    System.out.println(a == b); // true
    System.out.println(c == d); // false
}

不知道還有沒有人不知道這段程式碼出現true和false的原因。由此我們引出了Java裝箱的這個操作。我們帶著疑問去進行分析。

裝箱（valueOf()）

public static Integer valueOf(int i) {
    // -128 - 127
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

我們可以發現，在最開始有一個判斷，如果這個值的範圍在[-128,127]之間，那麼就從這個快取（Integer陣列）中取，如果不在這個範圍那麼直接new一個。

為什麼要有[-128,127]的快取？

我說說的理解，因為在我們的業務中，可能存在各種狀態和標識等Integer型別的欄位，這些值一般都是0,1,2,3之類的，而且出現的比較頻繁，如果沒有快取，那麼就需要頻繁的new物件，然後再釋放，就非常消耗記憶體空間，所以對於這個快取就出現了，可以極大的幫助我們優化一些空間上的浪費。

為什麼是[-128,127]？

這個我看了一下，具體為什麼這裡就不詳說了，主要還是依賴計算機基礎知識，在你瞭解了什麼是原碼、反碼、二補數。就很容易知道為什麼是這個範圍區間了。

這個值也是可以通過啟動引數進行更改的。

-XX:AutoBoxCacheMax=(size)

自動裝箱帶來的效能問題

那麼看到現在你應該明白上面程式碼出現不同結果的原因了，那麼你有沒有想過，比如我們業務中一個for迴圈中，出現了統計資料類似這樣的操作，如果存在自動裝箱，那麼會出現什麼問題？我們看下面一段程式碼。

public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    Integer count = 0;
    // int count = 0;
    for (int i = 0; i < 5000000; i++) {
        count += i;
    }
    System.out.println("計算時長：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + " ms");
}

// 執行結果：
// Integer 計算時長：51 ms
// int 計算時長：6 ms

那麼通過執行結果可以明顯的發現自動裝箱頻繁的new物件、分配記憶體，造成時間和空間上的效能損耗。

小總結

通過上面的原始碼閱讀和測試分析，我們可以得出結論，我們平時在進行計算統計，或者方法入參的時候，應該儘量的避免這種型別轉換的問題。來提升我們整個程式碼的執行效率。

拆箱(intValue)

拆箱總體沒有什麼複雜的邏輯，直接返回這個數值的基本型別。

補充：自動裝箱、拆箱總是會發生嗎？

其實不一定。看下面的一段範例程式碼，輸出結果已被註釋在輸出語句後面。

public static void main(String[] args) {
// TODO 自動生成的方法存根
Integer a = 1;
Integer b = 2;
Integer c = 3;
Integer d = 3;
Integer e = 321;
Integer f = 321;
Long g = 3L;
System.out.println(c==d);//true
//包裝類的==在沒有遇到算術運算的情況下不會自動拆箱
System.out.println(e==f);//false
System.out.println(c==(a+b));//true
System.out.println(c.equals(a+b));//true
System.out.println(g==(a+b));//true
//equals方法不會處理資料轉型關係
System.out.println(g.equals(a+b));//false
}

發生自動裝箱、拆箱的情況如下：

自動裝箱：基本型別賦值給包裝型別。如：Integer i1 = 1;

自動拆箱：

包裝型別賦值給基本型別。如：int i2 = new Integer(1);
int型別與Integer型別比較。int型別與Integer型別比較如果值相等則結果總是為true。
Integer型別遇到算術運算

但是為什麼在上例中，System.out.println(c==d);與System.out.println(e==f);輸出的結果不一樣呢？

主要是因為Integer.valueOf()方法。Integer的部分原始碼貼在下面：

  //
   private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];

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

IntegerCache 是Integer的靜態內部類，valueOf()是包裝方法。從原始碼中可以看出，cache是一個快取陣列，當valueOf()方法的入參i在[-128,127]區間內，就會返回快取陣列中的Integer值，否則會重新new一個Integer。

這就是System.out.println(c==d);與System.out.println(e==f);輸出結果不同的原因。c和d在快取區間內，所以返回的是同一個參照；而e和f不在快取區間內，返回的都是new Integer，已經不是同一個參照。