Java：基本类型和包装类

chify2020-05-252022-04-28

前几天同事遇到了一个很奇怪的 NullPointerException 异常，看她郁闷的蛮久都没有解决，也帮忙分析了一下，情况大致如下：

文章配图

看得她一头雾水，在帮其初步分析也没想到是啥问题，因为是批量代码，没有相关文件不好本地测试，让其远程 debug 跟了一下代码，发现还是报空指针异常，最后怀疑是服务器上 jar 包没有更新到，拿下 jar 包反编译后，才恍然大悟（反编译如下图），是自己忽略 Person 类和 Student 类的类型了，一个是 Integer ，一个是 int 基本类型，1.5 之后的 JDK 在编译的时候会有自动拆装箱机制！这里记录一下 Java 中包装类型相关的知识点，做个小总结。

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基本类型和包装类

Java 中 8 种基本类型对应的包装类型如下表：

基本类型	大小	包装类型
boolean	1 Byte	Boolean
char	2 Byte	Character
byte	1 Byte	Byte
short	2 Byte	Short
int	4 Byte	Integer
long	8 Byte	Long
float	4 Byte	Float
double	8 Byte	Double

自动装箱和拆箱

以 Integer 包装类为例（其他的包装类也是类似），看看其自动拆装箱是如何实现的，写段代码如下图：

自动装箱和拆箱

由上图可知，自动装箱时，JDK 在编译的时候会调用 Integer.valueOf(int) 这个方法将 int 转为 Integer，而在自动拆箱的时候 Integer 对象会调用 intValue() 方法（Short 类则为 shortValue()），返回 Integer 所持有的 int 成员变量，intValue() 没什么好看的，就是返回了 Integer 对象所持有的 int 成员变量。valueOf(int) 函数倒是值得研究一下，截图如下：

自动装箱和拆箱

可知在 int 值在 -127~ IntegerCache.high（VM 参数 -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=*** 可以设置 high 的值）之间时，将会返回一个Integer 内部类 IntegerCache 里 cache 数组缓存下来的一个 Integer 对象，不是在这个范围外，才会返回一个新的 Integer 对象。IntegerCache 内部类如下图：

自动装箱和拆箱

IntegerCache 这个内部类，有个静态 Integer 类型 cache 数组，静态代码块会给 cache 数组初始化值，缓存符合要求的 Integer 值。这里也就引发了一个初级面试中经常会遇到的问题，如下图：

自动装箱和拆箱

首先 == 在 Java 里，基本类型比较的是值是否相等，而引用型类型则是比较内存地址是否相同， Integer 是个引用类型，默认情况下，-128到127 范围内的 int 值在自动装箱时调用 valueOf(int)方法返回的都是 cache 里缓存好的对象，所以不管是 i ，还是 i2 引用，其实都是指向缓存数组 cache 早已经定义好的 Integer 对象，所以 i == i2 是 true ；而 128 不在 -128到127 的范围内，所以 valueOf(int) 返回的是 new Integer(int)，返回一个新的 Integer 对象，所以 i3 == i4 也就是 false 了。

还有另外一种情况，代码截图如下：

自动装箱和拆箱

这里的 i3 引用其实就是和自动装箱无关了，它就是用 Integer 的构造方法生成了一个新的 Integer 对象，和 cache 数组缓存的又是不同的对象，i2 == i3 也就等于 false 了。

注：除 Integer 包装类外，Byte、Short、Long、Character（char）包装类都是有类似于 Integer 的缓存机制的，Float、Double 由于是浮点类型的，JDK 中并未实现这种缓存机制。至于 Boolean 类型的的话又是一个例外，翻看它的实现大致就可以知道啥原理了，其实现如下：

自动装箱和拆箱

自动装箱流程

  flowchart TD
    A["int primitiveValue = 100"] --> B["编译器插入 Integer.valueOf()"]
    B --> C{"value 是否在 -127 ~ 127 范围内?"}
    C -->|是| D["返回 IntegerCache.cache 中缓存的对象"]
    C -->|否| E["new Integer(value)，创建新对象"]
    D --> F["Integer wrapper = 缓存对象"]
    E --> F

性能影响

自动拆装箱虽然方便，但在高频场景下会带来性能开销：

装箱：每次装箱都会调用 valueOf()，若超出缓存范围还会创建新对象，增加 GC 压力。
拆箱：每次拆箱都会调用 intValue() 等方法，虽然开销小，但在循环中大量调用仍不可忽视。

// 反面示例：循环中频繁装箱
Long sum = 0L;
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
    sum += i;  // 每次循环都触发自动装箱和拆箱
}

// 优化：使用基本类型
long sum = 0L;
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
    sum += i;
}