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面试官:兄弟,说说基本类型和包装类型的区别吧

六年前,我从苏州回到洛阳,抱着一幅“海归”的心态,投了不少简历,也“约谈”了不少面试官,但仅有两三个令我感到满意。其中有一位叫老马,至今还活在我的手机通讯录里。他当时扔了一个面试题把我砸懵了:说说基本类型和包装类型的区别吧。

我当时二十三岁,正值青春年华,从事 Java 编程已有 N 年经验(N < 4),自认为所有的面试题都能对答如流,结果没想到啊,被“刁难”了——原来洛阳这块互联网的荒漠也有技术专家啊。现在回想起来,脸上不自觉地泛起了羞愧的红晕:主要是自己当时太菜了。不管怎么说,是时候写篇文章剖析一下基本类型和包装类型的区别了。

Java 的每个基本类型都对应了一个包装类型,比如说 int 的包装类型为 Integer,double 的包装类型为 Double。基本类型和包装类型的区别主要有以下 4 点。

01、包装类型可以为 null,而基本类型不可以

别小看这一点区别,它使得包装类型可以应用于 POJO 中,而基本类型则不行。

POJO 是什么呢?这里稍微说明一下。

POJO 的英文全称是 Plain Ordinary Java Object,翻译一下就是,简单无规则的 Java 对象,只有属性字段以及 setter 和 getter 方法,示例如下。

class Writer {
	private Integer age;
	private String name;

	public Integer getAge() {
		return age;
	}

	public void setAge(Integer age) {
		this.age = age;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
}
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和 POJO 类似的,还有数据传输对象 DTO(Data Transfer Object,泛指用于展示层与服务层之间的数据传输对象)、视图对象 VO(View Object,把某个页面的数据封装起来)、持久化对象 PO(Persistant Object,可以看成是与数据库中的表映射的 Java 对象)。

那为什么 POJO 的属性必须要用包装类型呢?

《阿里巴巴 Java 开发手册》上有详细的说明,我们来大声朗读一下(预备,起)。

数据库的查询结果可能是 null,如果使用基本类型的话,因为要自动拆箱(将包装类型转为基本类型,比如说把 Integer 对象转换成 int 值),就会抛出 NullPointerException 的异常。

02、包装类型可用于泛型,而基本类型不可以

泛型不能使用基本类型,因为使用基本类型时会编译出错。

List<int> list = new ArrayList<>(); // 提示 Syntax error, insert "Dimensions" to complete ReferenceType
List<Integer> list = new ArrayList<>();
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为什么呢?因为泛型在编译时会进行类型擦除,最后只保留原始类型,而原始类型只能是 Object 类及其子类——基本类型是个特例。

03、基本类型比包装类型更高效

基本类型在栈中直接存储的具体数值,而包装类型则存储的是堆中的引用。

很显然,相比较于基本类型而言,包装类型需要占用更多的内存空间。假如没有基本类型的话,对于数值这类经常使用到的数据来说,每次都要通过 new 一个包装类型就显得非常笨重。

03、两个包装类型的值可以相同,但却不相等

两个包装类型的值可以相同,但却不相等——这句话怎么理解呢?来看一段代码就明明白白了。

Integer chenmo = new Integer(10);
Integer wanger = new Integer(10);

System.out.println(chenmo == wanger); // false
System.out.println(chenmo.equals(wanger )); // true
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两个包装类型在使用“==”进行判断的时候,判断的是其指向的地址是否相等。chenmo 和 wanger 两个变量使用了 new 关键字,导致它们在“==”的时候输出了 false。

chenmo.equals(wanger) 的输出结果为 true,是因为 equals 方法内部比较的是两个 int 值是否相等。源码如下。

private final int value;

public int intValue() {
    return value;
}
public boolean equals(Object obj) {
    if (obj instanceof Integer) {
        return value == ((Integer)obj).intValue();
    }
    return false;
}
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瞧,虽然 chenmo 和 wanger 的值都是 10,但他们并不相等。换句话说就是:将“==”操作符应用于包装类型比较的时候,其结果很可能会和预期的不符

04、自动装箱和自动拆箱

既然有了基本类型和包装类型,肯定有些时候要在它们之间进行转换。把基本类型转换成包装类型的过程叫做装箱(boxing)。反之,把包装类型转换成基本类型的过程叫做拆箱(unboxing)。

在 Java SE5 之前,开发人员要手动进行装拆箱,比如说:

Integer chenmo = new Integer(10);  // 手动装箱
int wanger = chenmo.intValue();  // 手动拆箱
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Java SE5 为了减少开发人员的工作,提供了自动装箱与自动拆箱的功能。

Integer chenmo  = 10;  // 自动装箱
int wanger = chenmo;     // 自动拆箱
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上面这段代码使用 JAD 反编译后的结果如下所示:

Integer chenmo = Integer.valueOf(10);
int wanger = chenmo.intValue();
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也就是说,自动装箱是通过 Integer.valueOf() 完成的;自动拆箱是通过 Integer.intValue() 完成的。理解了原理之后,我们再来看一道老马当年给我出的面试题。

// 1)基本类型和包装类型
int a = 100;
Integer b = 100;
System.out.println(a == b);

// 2)两个包装类型
Integer c = 100;
Integer d = 100;
System.out.println(c == d);

// 3)
c = 200;
d = 200;
System.out.println(c == d);
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答案是什么呢?有举手要回答的吗?答对的奖励一朵小红花哦。

第一段代码,基本类型和包装类型进行 == 比较,这时候 b 会自动拆箱,直接和 a 比较值,所以结果为 true。

第二段代码,两个包装类型都被赋值为了 100,这时候会进行自动装箱,那 == 的结果会是什么呢?

我们之前的结论是:将“==”操作符应用于包装类型比较的时候,其结果很可能会和预期的不符。那结果是 false?但这次的结果却是 true,是不是感觉很意外?

第三段代码,两个包装类型重新被赋值为了 200,这时候仍然会进行自动装箱,那 == 的结果会是什么呢?

吃了第二段代码的亏后,是不是有点怀疑人生了,这次结果是 true 还是 false 呢?扔个硬币吧,哈哈。我先告诉你结果吧,false。

为什么?为什么?为什么呢?

事情到了这一步,必须使出杀手锏了——分析源码吧。

之前我们已经知道了,自动装箱是通过 Integer.valueOf() 完成的,那我们就来看看这个方法的源码吧。

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}
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难不成是 IntegerCache 在作怪?你猜对了!

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;
        int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
        i = Math.max(i, 127);
        h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
        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;
    }
}
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大致瞟一下这段代码你就全明白了。-128 到 127 之间的数会从 IntegerCache 中取,然后比较,所以第二段代码(100 在这个范围之内)的结果是 true,而第三段代码(200 不在这个范围之内,所以 new 出来了两个 Integer 对象)的结果是 false。

看完上面的分析之后,我希望大家记住一点:当需要进行自动装箱时,如果数字在 -128 至 127 之间时,会直接使用缓存中的对象,而不是重新创建一个对象

自动装拆箱是一个很好的功能,大大节省了我们开发人员的精力,但也会引发一些麻烦,比如下面这段代码,性能就很差。

long t1 = System.currentTimeMillis();
Long sum = 0L;
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE;i++) {
    sum += i;
}
long t2 = System.currentTimeMillis();        
System.out.println(t2-t1);
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sum 由于被声明成了包装类型 Long 而不是基本类型 long,所以 sum += i 进行了大量的拆装箱操作(sum 先拆箱和 i 相加,然后再装箱赋值给 sum),导致这段代码运行完花费的时间足足有 2986 毫秒;如果把 sum 换成基本类型 long,时间就仅有 554 毫秒,完全不一个等量级啊。

05、最后

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