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Java中的装箱与拆箱

2011-07-21

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I...

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);
}

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