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Java基本数据类型及其封装器的一些千丝万缕的纠葛

一些概念

????想必大家都知道Java的基础数据类型有:char、byte、short、int、long、float、double、boolean 这几种,与C/C++等语言不同的是,Java的基础数据的位数是固定不变的。
????Java作为一门面向对象的语言,自然少不了对象了,因此基础数据类型都对应存在一个基本类型封装器类,它们的封装器分别为:Character、Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Boolean。
????在JDk1.5之前,在基础数据类型与其封装器之间的转化必须手动进行,其中将基本数据类型转换为封装器类型需要调用封装类的静态方法T.valueOf(),T代表封装器类型的名称,而将封装器类型转换为基本数据类型需要调用它的实例方法xValue();x代表基础数据类型的名称,这个过程比较繁琐,故从JDK1.5开始,JDK提供了自动装箱的特性,不再需要手动进行了。所谓装箱指:将基本数据类型转换为对应的封装器类型,拆箱指:将封装器类型转换为对应的基本数据类型。eg:
Integer a = 1;//装箱,底层实现:Integer a = Integer.valueOf(1);
int b = a; //拆箱,底层实现:int b = a.intValue();
eg:

public class PackageAndUnpackageDemo{
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 1;//装箱,底层实现:Integer a = Integer.valueOf(1);
        int b = a;    //拆箱,底层实现:int b = a.intValue();
    }
}

反编译结果
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从图片中我们可以看到,装拆箱确实是这样实现的。
????此外,为了提高封装器的效率,Java将常用的数据缓存起来放到封装器对象数组里面,装箱的时候判断如果数据在缓存的范围内则从缓存里面取出对象,否则将new一个出来。
Integer相关的源码如下:
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我们可以看到,当数字的范围在low与high之间时,直接从cache对象数组中获取,否则就new一个对象,cache的源码如下:
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Integer的cache数组与其他的有些区别是,Integer可以自定义数组的上限,而其他封装器的cache是固定的。
封装器的缓存的大小以及他们对应的基础数据类型的范围见下表:

基本类型 封装器 字节数 最大值 最小值 缓存范围
byte Byte 1byte 2^7 - 1 -2^7 -128~127
short Short 2byte 2^15 - 1 -2^15 -128~127
char Character 2byte 2^16 - 1 0 0~127
int Integer 4byte 2^31 - 1 -2^31 -128~127
long Long 8byte 2^63 - 1 -2^63 -128~127
float Float 4byte 3.4e+38 1.4e-45 无缓存
double Double 8byte 1.8e+308 4.9e-324 无缓存
boolean Boolean 1byte/4byte/不明确 - - false、true

看到这里您
我们注意到Boolean与Byte全部被缓存了,boolean类型没有给出精确的定义,《Java虚拟机规范》给出了4个字节,和boolean数组1个字节的定义,具体还要看虚拟机实现是否按照规范来,所以1个字节、4个字节都是有可能的,这个在这里不做深究。
看到这里想必您现在应该能够理解下面的一些现象吧:

public class CacheDemo{
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 127;
        Integer b = 127;
        System.out.println(a == b);//true
        Integer c = 128;
        Integer d = 128;
        System.out.println(c == d);//false
        Integer e = -128;
        Integer f = -128;
        System.out.println(e == f);//true
        Integer g = -129;
        Integer h = -129;
        System.out.println(g == h);//false
    }
}

由于127与-128都在缓存数组缓存的范围内,所以他们是直接从缓存数组中取得的对象,故引用相同,而128与-129不在该范围内,所以是new出来的,故引用不相同。当然得到这个结果的前提条件是我们没有指定Integer缓存数组的上限,直接使用它的默认上限127。您可以通过-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=128 指定上限为128,那么运行结果就有所不同了。
java CacheDemo

true
false
true
false

java -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=128 CacheDemo

true
true
true
false

到这里需要提醒一下大家的是,“Java中对引用类型而言 == 比较的是引用,而equals()比较的是内容”这句话其实严格意义上来讲不准确。
我们不妨看一下对象之源Object中关于equals()的实现

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

OK,Object的equals()方法默认还是使用了 “==”,所以要是自定义的对象没有Override该方法与hashCode()方法,那么比较的也是引用而不是内容了。当然Java的大部分类都重写了该方法,但是还有一些类如StringBuffer,StringBuilder 没有重写该方法,这点需要注意。

注意事项

空指针异常

????自动的装拆箱给我们带来了很大的方便,大部分情况下我们都将封装器与基础数据类型混为一谈了,但是二者之间毕竟还是存在着一些差别,在某些场景下要是不注意,自动装拆箱这个语法糖也会给我们带来一些意想不到的后果。
????由于引用类型的默认值是null,而不能将null赋值给基本数据类型,在拆箱的过程中可能会导致空指针异常,这个需要我们格外注意要加以判断:
如下面的情形:

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
public class NullPointInUnpackageDemo{
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(3);
        list.add(0);
        list.add(1);
        list.add(null);
        for (int n:list){
            System.out.println("n="+n);
        }
    }
}

运行结果:

n=0
n=1
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at NullPointInUnpackageDemo.main(NullPointInUnpackageDemo.java:10)

当然例子出现空指针异常的情况我们一眼就能够看出,但是实际开发过程可能由于疏忽或者不那么直接的拆箱行为,将会带来意想不到的错误,这是我们需要格外注意的。

封装器带来的模糊性问题

????在方法的重载某些情形,封装器带来的使用可能会带来方法调用的模糊性问题,给我们带来一些意想不到的bug,比如下面的情形:

public class BugInOverloading{
    public static void test(Integer num){
        System.out.println("Integer num");
    }
    public static void test(long num){
        System.out.println("long num");
    }
    public static void main(String[] args) {
        test(1);
    }
}

????您能够一眼看出会调用哪个方法吗?好吧,结果可能与您想象中的可能有点出入,运行结果是

long num

????也就是说它居然没有调用test(Integer num),反而直接向上转型为long 调用了test(long num),这不很费解吗?对于该现象的解释是:Java为了向下兼容,保证程序的正确性,在方法重载时先不考虑自动装拆箱,而是遵循最精确匹配的原则,找最匹配的类型,由于没有int类型的方法可以调用,但是有long类型的方法,那么根据这个原则,int向上转型为long了,而不是自动装箱,这点需要注意,额,时间不早了,就先这样吧,以上便是Java基本数据类型及其封装器的一些千丝万缕的纠葛。
圉于博主的水平,理解可能有所偏差,还望各位大佬不吝指正!

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