Java自动拆装箱(Autoboxing and unboxing)学习

2018-10-29 15:32:54来源：博客园阅读 ()

在学习并发的过程中，用“Boolean bool = true”的自动装箱方式初始化了两个对象锁去锁两块代码，结果运行的时候出现了竞争等待，调试了一下发现两个锁变量指向的是同一个对象，由此可见我对自动拆装箱的机制想的太简单了，查了一下，发现这个机制还挺细节，那就记录一下：

本文主要有以下几个方面：

什么是自动拆装箱

拆装箱的实现

拆装箱发生的场景

关于String

回首望月

尝试的第一篇博客，不当之处，求轻喷！

一. 什么是自动拆箱与装箱

我们都知道，Java定义了8种基本类型和与之对应的8中包装器，其中6种数据类型，1种字符类型以及1种布尔类型：

在Java5之前，定义生成一个Integer包装器类型的对象，只能通过以下方式：

1 Integer i = new Integer(0);

Java5支持了基本类型和对应的包装类型之前的自动转换机制，即自动拆箱（包装器类型转换成基本类型）与装箱（基本类型封装成包装器类型）。于是，就有了以下两行代码：

1 Integer i = 0; //自动装箱
2 int j = i; //自动拆箱

二. 自动拆装箱的实现（int-Integer为例）

我们将下面自动拆装箱的代码反编译一下，拆装箱的动作就一目了然。

1 public class MainTest {
2     public static void main(String[] args) {
3         Integer i = 0;
4         int j = i;
5     }
6 }

编译后：

通过反编译的结果看，在"Integer i = 0"自动装箱的过程中，调用了Integer.valueOf(int i)方法；在"int j = i;"的自动装箱的过程中，调用了Integer.intValue()方法。

其中，拆箱方法Integer.intValue()方法很简单：

1      /**
2      * Returns the value of this {@code Integer} as an
3      * {@code int}.
4      */
5     public int intValue() {
6         return value;
7     }

只是返回了当前对象的value值，没什么好说的。

但是装箱方法Integer.valueOf(int i)就有细节了，一起看下：

 1     /**
 2      * Returns an {@code Integer} instance representing the specified
 3      * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not
 4      * required, this method should generally be used in preference to
 5      * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely
 6      * to yield significantly better space and time performance by
 7      * caching frequently requested values.
 8      *
 9      * This method will always cache values in the range -128 to 127,
10      * inclusive, and may cache other values outside of this range.
11      *
12      * @param  i an {@code int} value.
13      * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}.
14      * @since  1.5
15      */
16     public static Integer valueOf(int i) {
17         if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
18             return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
19         return new Integer(i);
20     }

这边的源码比预想的多了一个细节操作，值落在[IntegerCache.low, IntegerCache.high]区间上时，是直接从一个Integer类型的缓存数组IntegerCache.cache中取一个对象返回出去，值不在这个区间时才new一个新对象返回。
看一下IntegerCache的实现，它是Integer类的一个私有静态内部类：

 1     /**
 2      * Cache to support the object identity semantics of autoboxing for values between
 3      * -128 and 127 (inclusive) as required by JLS.
 4      *
 5      * The cache is initialized on first usage.  The size of the cache
 6      * may be controlled by the {@code -XX:AutoBoxCacheMax=<size>} option.
 7      * During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property
 8      * may be set and saved in the private system properties in the
 9      * sun.misc.VM class.
10      */
11 
12     private static class IntegerCache {
13         static final int low = -128;
14         static final int high;
15         static final Integer cache[];
16 
17         static {
18             // high value may be configured by property
19             int h = 127;
20             String integerCacheHighPropValue =
21                 sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
22             if (integerCacheHighPropValue != null) {
23                 try {
24                     int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
25                     i = Math.max(i, 127);
26                     // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
27                     h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
28                 } catch( NumberFormatException nfe) {
29                     // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
30                 }
31             }
32             high = h;
33 
34             cache = new Integer[(high - low) + 1];
35             int j = low;
36             for(int k = 0; k < cache.length; k++)
37                 cache[k] = new Integer(j++);
38 
39             // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
40             assert IntegerCache.high >= 127;
41         }
42 
43         private IntegerCache() {}
44     }

IntegerCache中有3个final类型的变量：

low：-128（一个字节能够表示的最小值）；
high：127（一个字节能够表示的最大值），JVM中设置的属性值（通过-XX:AutoBoxCacheMax=设置）二者取大值，再和Integer.MAX_VALUE取小值；
cache：在静态块中初始化为由区间[low, high]上的所有整数组成的升序数组。

综上，Java在虚拟机堆内存中维持了一个缓存池，在装箱的过程中，如果发现目标包装器对象在缓存池中已经存在，就直接取缓存池中的，否则就新建一个对象。

测试一下：

 1     public static void main(String[] args) {
 2         Integer i = 127;
 3         Integer j = 127;
 4         System.out.println(System.identityHashCode(i));  //本地输出i的地址：1173230247
 5         System.out.println(System.identityHashCode(j));  //本地输出j的地址：1173230247
 6         
 7         Integer m = 128;
 8         Integer n = 128;
 9         System.out.println(System.identityHashCode(m));  //本地输出m的地址：856419764
10         System.out.println(System.identityHashCode(n));  //本地输出n的地址：621009875
11     }

由测试结果来看，值为127时，两次装箱返回的是同一个对象，值为128时，两次装箱返回的是不同的对象。

因为小数的区间取值无限，所以float->Float，double->Double两种类型装箱机制没有缓存机制，其他5中基本类型的封装机制也是类似int->Integer的装箱套路，不过缓存的边界不可改变：

基本类型	包装器类型	缓存区间	缓存是否可变
byte	Byte	[-128, 127]	不可变
short	Short	[-128, 127]	不可变
int	Integer	[-128, 127]	上限可设置
long	Long	[-128, 127]	不可变
float	Float	--	--
double	Double	--	--
char	Character	[0, 127]	不可变
boolean	Boolean	{true, false}	不可变

因为基本类型对应的包装器都是不可变类，多以他们的缓存区间一旦初始化，里面的值就无法再改变，所以在JVM运行过程中，所有的基本类型包装器的缓存池都是不变的。

三. 拆装箱发生的场景

1.定义变量和方法参数传递：

这里的拆装箱是指开发者通过编写代码控制的拆装箱，比较明显：

 1     public static void main(String[] args) {
 2         Integer i = 0;   //装箱
 3         int j = i;       //拆箱
 4         aa(i);           //拆箱，传值时发生了：int fi = i;
 5         bb(j);           //装箱，传值时发生了：Integer fi = j;
 6     }
 7     private static void aa(int fi){
 8     }
 9     private static void bb(Integer fi){
10     }

2.运算时拆箱

我们都知道，当一个变量的定义类型不是基本类型，其实变量的值是对象的在虚拟机中的地址，当用初始化后的包装器类型变量进行运算时，会发生什么呢？

1.“+，-，*，/ ...”等运算时拆箱

当用包装器类型的数据进行运算时，JAVA会先执行拆箱操作，然后进行运算。

1 public class MainTest {
2     public static void main(String[] args) {
3         Integer i = 127;
4         Integer j = 127;
5         i = i + j;
6     }
7 }

将上面一段代码反编译：

发现，除了在分别源码的3,4行进行了装箱操作后，在执行add操作之前，有两次拆箱操作，add之后，又把结果装箱赋值给变量i。

2.“==”判等运算

“==”运算比较特殊：

A == B

当A,B都是基本类型时，直接进行比较两个变量的值是否相等

当A,B都是包装器类型时，比较两个变量指向的对象所在的地址是否相等

当A,B中有一个是基本类型时，会将另一个包装器类型拆箱成基本类型，然后再进行基本类型的判等比较

测试如下：

1     public static void main(String[] args) {
2         int m = 128;
3         int n = 128;
4         Integer i = 128;
5         Integer j = 128;
6         System.out.println(m == n);  //输出：true
7         System.out.println(m == i);  //输出：true
8         System.out.println(i == j);  //输出：false
9     }

前文已经说了，JVM没有设置Integer类型的缓存上限的时候，128不在缓存池内，所以两次封装后的对象是不同的对象。在此基础上：

第6行输出true：如果比较的是装箱后的对象地址，结果肯定是false，实际结果是true，说明比较的是基本类型的值，没有发生自动拆装箱动作

第7行输出true：如果比较的是装箱后的对象地址，结果肯定是false，实际结果是true，说明比较的是基本类型的值，那么包装器类型的变量肯定进行了自动拆箱动作

第8行输出false：如果比较的是拆箱后的基本类型的值，结果肯定是true，实际结果是false，说明比较的是对象的地址，没有发生自动拆装箱动作

看一下反编译的结果：

对应源码中除了第4、5行出现了自动装箱动作，就只有在第7行发生了自动拆箱动作。

四. 关于String类型

String类型没有对应的基本类型，所以没有自动拆装箱的机制，之所以在这里提一下，是因为String的初始化过程和自动装箱的过程很像。

 1     public static void main(String[] args) {
 2         String s1 = "hello";
 3         String s2 = "hello";
 4         String s3 = new String("hello");
 5         String s4 = new String("hello");
 6         System.out.println(System.identityHashCode(s1)); //输出s1地址：1173230247
 7         System.out.println(System.identityHashCode(s2)); //输出s2地址：1173230247
 8         System.out.println(System.identityHashCode(s3)); //输出s3地址：856419764
 9         System.out.println(System.identityHashCode(s4)); //输出s5地址：621009875
10     }

从上面的输出结果可以看出，两个直接用字符串赋值的变量s1,s2指向的是同一个对象，而new String()生成对象赋值的变量s3,s4则是不同的对象。
其实，JVM中存在一个字符串缓存池，当直接使用字符串初始化变量的时候，JAVA会先到字符串缓存池中查看有没有相同值的String对象，如果有，直接返回缓存池中的对象；如果没有，就new出一个新的对象存入缓存池，再返回这个对象。而String的不可变性质则能保证在对象共享的过程中不会出现线程安全问题。
与基本类型的缓存池相比，String类型的缓存池在运行时是动态变化的。