Java的自动拆装箱与Integer的缓存机制

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一：基本类型与包装类型

    我们知道，Java有8大基本数据类型，4整2浮1符1布。

我们在实际开发中，除了使用到数据的值之外，还会涉及到对数据的操作。根据“面向对象”编程的思想，这些常见的操作被抽象成方法，封装到了一个类中，一个基本数据类型对应一个这样的类，这些类统称为“包装类”。

8大基本类型 分别对应 8个包装类，再加上两个用于高精度运算的包装类，共有10大包装类。分别为：

Byte：对应 byte 类型

Short：对应 short类型

Integer：对应 int类型

Long：对应 long类型

Float：对应 float类型

Double：对应 double类型

Character：对应 char类型

Boolean：对应 boolean类型

BigInteger：支持任意精度[长度]的整数运算。

BigDecmail：支持任意精度的浮点数运算，主要用于金额计算。

包装类的好处：它提供了一系列操作本类型数据的方法，可以为我们在开发过程中操作8大基本类型数据提供充足的“工具”。

二：自动拆装箱

1、装箱

把基本数据类型转换成包装类的过程就是打包装，英文名boxing，翻译为装箱。

2、拆箱

反之，把包装类转换成基本数据类型的过程就是拆包装，英文对应于unboxing，中文翻译为拆箱。

3、自动拆装箱

自动装箱: 就是将基本数据类型自动转换成对应的包装类。
    自动拆箱：就是将包装类自动转换成对应的基本数据类型。

4、自动拆装箱的发生场景

1）自动拆装箱的过程主要发生在赋值操作上：将一个基本数据类型的值符给包装类变量，则进行自动装箱操作；将一个包装类变量的值赋给基本数据类型变量，则发生自动拆箱操作。

2）将基本数据类型放入集合类时：Java中的集合类只能接收对象类型，当我们把基本数据类型放入集合类中的时候，会进行自动装箱成对应的包装类对象后再放入。

3）基本数据变量与包装类变量进行运算操作时：基本数据变量与包装类变量进行比较运算、数学运算、三目运算时，会自动拆箱成基本类型再进行运算。

4）函数返回值自动拆装箱：当函数定义时，指定了函数返回值是包装类，则return 一个基本数据类型值时，就会自动装箱；如果定义的函数返回值是基本数据类型时，return一个包装类对象会自动拆箱。

三：自动拆装箱带来的问题

1、包装对象的数值比较，不能简单的使用==，虽然-128到127之间的数字可以[下文中解释]，但是这个范围之外还是需要使用equals比较。【== 比较的是地址，equals比较的是值】

2、由于自动拆箱，如果包装类对象为null，那么自动拆箱时就有可能抛出NPE[null pointer exception]。

3、如果在一个for循环中有大量拆装箱操作，会浪费很多资源。

四：Integer的缓存机制—— -128到127之间的数字自动装箱后的会返回同一个对象。

详情可参阅：Java中整型的缓存机制 这篇文章。

首先看个例子：

package com.javapapers.java;public class JavaIntegerCache {
    public static void main(String... strings) {

        Integer integer1 = 3; //整数3自动装箱
        Integer integer2 = 3; //整数3自动装箱

        if (integer1 == integer2) //两个自动装箱后对象比较
            System.out.println("integer1 == integer2");
        else
            System.out.println("integer1 != integer2");

        Integer integer3 = 300;//整数300自动装箱
        Integer integer4 = 300;//整数300自动装箱

        if (integer3 == integer4)//两个自动装箱后对象比较
            System.out.println("integer3 == integer4");
        else
            System.out.println("integer3 != integer4");

    }}

上面的代码输出的结果是：

integer1 == integer2
integer3 != integer4

也就是说：整数3自动装箱后赋值给a、b两个引用变量，这两个引用指向的是同一个对象。

但是整数300自动装箱后赋值给c、d两个引用变量，这两个引用指向的是不同对象。

那么问题来了——都是自动装箱，为什么不同数值自动装箱的结果不一样呢？——这是由于Integer的缓存机制导致的。

1、为什么要实现Integer的缓存机制呢？

在实际开发过程中，会经常在不经意间就触发了自动拆装箱机制。我们知道，自动装箱会创建一个包装类对象，一套程序跑下来，会生成多少个这样的对象？那开销得多大啊。

因此，出于节省内存和提高性能的目的，从Java5开始，为我们提供了Integer的缓存机制。

2、Integer的缓存机制的生效逻辑

这个缓存机制是怎么工作的呢？我们来看一下Integer类的取值方法——valueOf的源码。

/**
     * Returns an {@code Integer} instance representing the specified
     * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not
     * required, this method should generally be used in preference to
     * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely
     * to yield significantly better space and time performance by
     * caching frequently requested values.
     *
     * This method will always cache values in the range -128 to 127,
     * inclusive, and may cache other values outside of this range.
     *
     * @param  i an {@code int} value.
     * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}.
     * @since  1.5
     */

    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high) //先判断整数值为是否处于IntegerCache.low～IntegerCache.high之间的缓存值
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)]; //是的话，则从缓存数组中取对应的包装类对象之间返回
        return new Integer(i);//否，则创建一个新的包装类对象返回
    }

从代码中可以看出，自动装箱时，创建对象之前先从IntegerCache.cache中寻找，如果没找到才使用new新建对象。

IntegerCache 类源码

/**
     * Cache to support the object identity semantics of autoboxing for values between
     * -128 and 127 (inclusive) as required by JLS.
     *
     * The cache is initialized on first usage.  The size of the cache
     * may be controlled by the {@code -XX:AutoBoxCacheMax=} option.
     * During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property
     * may be set and saved in the private system properties in the
     * sun.misc.VM class.
     */

    private static class IntegerCache {
        static final int low = -128; //默认可缓存的最小值是 -128
        static final int high; //可缓存的最大值
        static final Integer cache[]; //缓存数组

        static {
            // high value may be configured by property 可缓存最大值可通过jvm参数指定
            int h = 127; //默认可缓存最大值为127
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high"); //从JVM参数中获取可缓存最大值配置
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);//将配置值与127之间取较大值，即：可缓存值最小为127
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1); //可缓存值不能超过整型大最大值
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                    // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                }
            }
            high = h;

            cache = new Integer[(high - low) + 1];//创建缓存数组
            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;//断言：可缓存最大值必须大于等于127
        }

        private IntegerCache() {}
    }

从上面可以得知，Integer缓存数组中保存了 -128～h(h>=127) 的值的包装类对象，其中h值可以通过JVM参数 -XX:AutoBoxCacheMax=size 修改【这也是JVM调优的一个常用配置项】。

至于最小范围 -128～127 之间，是因为这个范围的数字是最被广泛使用的。

IntegerCache是Integer类中定义的一个private static的内部类，因此在程序中，第一次使用Integer对象的时候会需要一定的额外时间来初始化这个缓存。

3、其他包装类的缓存机制

ByteCache用于缓存Byte对象：固定范围: -128 到 127，不能更改。

ShortCache用于缓存Short对象：固定范围: -128 到 127，不能更改。

LongCache用于缓存Long对象：固定范围: -128 到 127，不能更改。

CharacterCache用于缓存Character对象：固定范围: 0 到 127，不能更改。

举个例子：

如果一个变量p的值是：

-128至127之间的整数

true 和 false的布尔值

‘\u0000’至 ‘\u007f’之间的字符

之间时，将p自动装箱成a和b两个对象，可以直接使用a==b判断a和b的值是否相等。