(转)Java中的装箱与拆箱

在J2SE5.0后推出了自动装箱和拆箱的功能，以提高我们的开发效率，然而自动装箱和拆箱实际上是通过编译器来支持的（并非语言本身，或者说虚拟机），因而这种支持也隐藏了部分内部实质，再加上某些类的优化（比如Integer里面的缓存等，参看关于缓存节），就更加容易在特定的环境下产生问题，并且如果不知道原来还无法调试。以下先是简单的介绍了编译器对装箱和拆箱的实现，并根据实现简单介绍一下可能会遇到的几个问题。

装箱和拆箱实现

以下装箱和拆箱代码：

 

       Object value = 10;
       int intValue = (Integer)value;
       Integer newIntValue = new Integer(10);

 

编译成字节码如下：

     0 bipush 10

     2 invokestatic java.lang.Integer.valueOf(int) : java.lang.Integer [20]

     5 astore_1 [value]

     6 aload_1 [value]

     7 checkcast java.lang.Integer [21]

    10 invokevirtual java.lang.Integer.intValue() : int [26]

    13 istore_2 [intValue]

    14 new java.lang.Integer [21]

    17 dup

    18 bipush 10

    20 invokespecial java.lang.Integer(int) [30]

    23 astore_3 [newIntValue]

从以上字节码可以看到10首先调用valueOf方法转换为Integer实例，再赋值该value，而value强制转换成Integer类后，会调用intValue方法，后赋值给intValue。这就是用编译器来实现装箱和拆箱。

 

奇怪的NullPointerException

查看以下代码：

 

       Integer value = null;
       int intValue = value;

 

可以编译通过，但是运行的时候却会发生NullPointerException。这是由什么引起的呢？依然看一下字节码就可以了：

     0 aconst_null

     1 astore_1 [value]

     2 aload_1 [value]

    3 invokevirtual java.lang.Integer.intValue() : int [20]

     6 istore_2 [intValue]

从字节码中可以看到，从value赋值该intValue事实上是直接在value实例上调用intValue函数。

对当前代码，我们可以一眼就看出当前value是null的问题，但是如果这个null是在很远以外的地方赋值的呢？或者是间接赋值呢？这个时候遇到这种问题就会比较诡异了。

 

相等与不相等问题

查看一下代码：

 

       Integer value1 = 100;
       Integer value2 = 100;
       System.out.println("value1 == value2 is " + (value1 == value2));
      
       Integer value3 = 200;
       Integer value4 = 200;
       System.out.println("value3 == value4 is " + (value3 == value4));

 

这段代码会是什么结果？

value1 == value2 is true

value3 == value4 is false

 

两段代码就是值不一样，其他的都一样，竟然会有区别？这个奥妙就因为装箱过程中调用的是valueOf方法，而valueOf方法对值在-128到127之间的数值缓存了（参见关于缓存一节），因而value1和value2的引用是相同的，而value3和value4的引用是不一样的，而==比较的是引用，因而才会出现以上的结果。

这确的做法应该是：

       Integer value1 = 100;
       Integer value2 = 100;
       System.out.println("value1 == value2 is " + (value1.equals(value2)));
      
       Integer value3 = 200;
       Integer value4 = 200;

       System.out.println("value3 == value4 is " + (value3.equals(value4))); 

这样的结果就是预料的结果了：

value1 == value2 is true

value3 == value4 is true

 

所以我们要慎用“==”操作符。

 

String中的相等与不等

在String中也有类似的情况，查看一下代码：

 

       String str1 = "abc";
       String str2 = "abc";
       System.out.println("str1 == str2 is " + (str1 == str2));
      
       String str3 = new String("abc");
       String str4 = new String("abc");
       System.out.println("str3 == str4 is " + (str3 == str4));

 

执行结果：

str1 == str2 is true

str3 == str4 is false

 

这是因为str1和str2使用的是同一个字符串，即在字符常量中的字符串，而str3和str4在使用字符常量中的字符为参数又创建出了两个新的字符串对象，因而在引用比较情况下是不等的。我们可以从字节码中得到这些信息（删除打印的代码）：

     0 ldc <String "abc"> [20]

     2 astore_1 [str1]

     3 ldc <String "abc"> [20]

     5 astore_2 [str2]

     6 new java.lang.String [22]

     9 dup

    10 ldc <String "abc"> [20]

    12 invokespecial java.lang.String(java.lang.String) [24]

    15 astore_3 [str3]

    16 new java.lang.String [22]

    19 dup

    20 ldc <String "abc"> [20]

    22 invokespecial java.lang.String(java.lang.String) [24]

    25 astore 4 [str4]

正确的做法还是调用equals方法，而不是使用“==”操作符。

 

关于缓存

据目前信息，有缓存的类有：Byte、Short、Integer、Long以及Boolean类。而这种缓存也只是在调用valueOf（静态）方法的时候才会存在（装箱正是调用了valueOf方法）。对整型，缓存的值都是-128到127（包括-128和127）之间，其他值都不缓存，而对Boolean类型只有true和false值。代码如下：

public final class Integer extends Number {
    public static Integer valueOf(int i) {
        if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + 128];
        else
        return new Integer(i);
}
public final class Boolean {
    public static Boolean valueOf(boolean b) {
        return (b ? TRUE : FALSE);
    }
 

首先看一段代码（使用JDK 5），如下：

[html] view plaincopy
 
  1. public class Hello   
  2. {   
  3.   public static void main(String[] args)   
  4.   {   
  5.     int a = 1000, b = 1000;   
  6.     System.out.println(a == b);   
  7.   
  8.     Integer c = 1000, d = 1000;   
  9.     System.out.println(c == d);   
  10.   
  11.     Integer e = 100, f = 100;   
  12.     System.out.println(e == f);   
  13.   }   
  14. }   

输出结果：

[html] view plaincopy
 
  1. true  
  2. false  
  3. true  

The Java Language Specification, 3rd Edition 写道：

[html] view plaincopy
 
  1. 为了节省内存，对于下列包装对象的两个实例，当它们的基本值相同时，他们总是==：  
  2.  Boolean  
  3.  Byte  
  4.  Character, \u0000 - \u007f(7f是十进制的127)  
  5.  Integer, -128 — 127  

查看jdk源码，如下：

[java] view plaincopy
 
  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. During VM initialization the 
  6.      * getAndRemoveCacheProperties method may be used to get and remove any system 
  7.      * properites that configure the cache size. At this time, the size of the 
  8.      * cache may be controlled by the vm option -XX:AutoBoxCacheMax=<size>. 
  9.      */  
  10.   
  11.     // value of java.lang.Integer.IntegerCache.high property (obtained during VM init)  
  12.     private static String integerCacheHighPropValue;  
  13.   
  14.     static void getAndRemoveCacheProperties() {  
  15.         if (!sun.misc.VM.isBooted()) {  
  16.             Properties props = System.getProperties();  
  17.             integerCacheHighPropValue =  
  18.                 (String)props.remove("java.lang.Integer.IntegerCache.high");  
  19.             if (integerCacheHighPropValue != null)  
  20.                 System.setProperties(props);  // remove from system props  
  21.         }  
  22.     }  
  23.   
  24.     private static class IntegerCache {  
  25.         static final int high;  
  26.         static final Integer cache[];  
  27.   
  28.         static {  
  29.             final int low = -128;  
  30.   
  31.             // high value may be configured by property  
  32.             int h = 127;  
  33.             if (integerCacheHighPropValue != null) {  
  34.                 // Use Long.decode here to avoid invoking methods that  
  35.                 // require Integer's autoboxing cache to be initialized  
  36.                 int i = Long.decode(integerCacheHighPropValue).intValue();  
  37.                 i = Math.max(i, 127);  
  38.                 // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE  
  39.                 h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - -low);  
  40.             }  
  41.             high = h;  
  42.   
  43.             cache = new Integer[(high - low) + 1];  
  44.             int j = low;  
  45.             for(int k = 0; k < cache.length; k++) //缓存区间数据  
  46.                 cache[k] = new Integer(j++);  
  47.         }  
  48.   
  49.         private IntegerCache() {}  
  50.     }  
  51.   
  52.     /** 
  53.      * Returns a <tt>Integer</tt> instance representing the specified 
  54.      * <tt>int</tt> value. 
  55.      * If a new <tt>Integer</tt> instance is not required, this method 
  56.      * should generally be used in preference to the constructor 
  57.      * {@link #Integer(int)}, as this method is likely to yield 
  58.      * significantly better space and time performance by caching 
  59.      * frequently requested values. 
  60.      * 
  61.      * @param  i an <code>int</code> value. 
  62.      * @return a <tt>Integer</tt> instance representing <tt>i</tt>. 
  63.      * @since  1.5 
  64.      */  
  65.     public static Integer valueOf(int i) {  
  66.         if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)  
  67.             return IntegerCache.cache[i + 128];  
  68.         else  
  69.             return new Integer(i);  
  70.     }  

这儿的IntegerCache有一个静态的Integer数组，在类加载时就将-128 到 127 的Integer对象创建了，并保存在cache数组中，一旦程序调用valueOf 方法，如果i的值是在-128 到 127 之间就直接在cache缓存数组中去取Integer对象。

再看其它的包装器：

 

  • Boolean：(全部缓存)
  • Byte：(全部缓存)
  • Character(<= 127缓存)
  • Short(-128 — 127缓存)
  • Long(-128 — 127缓存)
  • Float(没有缓存)
  • Doulbe(没有缓存)

 

 

同样对于垃圾回收器来说：

[java] view plaincopy
 
  1. Integer i = 100;     
  2. i = null;//will not make any object available for GC at all.  

这里的代码不会有对象符合垃圾回收器的条件，这儿的i虽然被赋予null，但它之前指向的是cache中的Integer对象，而cache没有被赋null，所以Integer(100)这个对象还是存在。

 

而如果i大于127或小于-128则它所指向的对象将符合垃圾回收的条件：

 

[java] view plaincopy
 
  1. Integer i = 10000;     
  2. i = null;//will make the newly created Integer object available for GC. 
posted @ 2013-10-29 20:39  天子波波  阅读(132)  评论(0)  编辑  收藏  举报