--- title: 深入浅出Java拆箱与装箱：理解自动类型转换与包装类的关系 shortTitle: 拆箱和装箱 category: - Java核心 tag: - Java重要知识点 description: 拆箱与装箱是Java自动类型转换的重要概念。拆箱是将包装类对象转换为其对应的基本数据类型，而装箱是将基本数据类型转换为相应的包装类对象。本文详细介绍了拆箱和装箱的过程、原理以及Java中的包装类，以帮助您更好地理解这两个概念 author: 沉默王二 head: - - meta - name: keywords content: Java,Java SE,Java基础,Java教程,二哥的Java进阶之路,Java进阶之路,Java入门,教程,装箱,拆箱,包装类型,基本数据类型,自动装箱,自动拆箱 --- “哥，听说 Java 的每个[基本数据类型](https://javabetter.cn/basic-grammar/basic-data-type.html)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，是这样吗？”从三妹这句话当中，能听得出来，她已经提前预习这块内容了。 “是的，三妹。”我接着三妹的问题回答说。 - Java 是面向对象的编程语言，但为了提升程序的运行效率，所以 Java 搞出来了基本数据类型这套东西，比如说 int、double、boolean 等等。后面我会讲为什么。 - 但是，基本数据类型又不能满足所有的应用场景，比如说，我们定义一个 int 类型的 ArrayList，你就只能用 `List list = new ArrayList<>();` 这种方式来定义，不能用 `List list = new ArrayList<>();` 这种方式来定义，因为[泛型](https://javabetter.cn/basic-extra-meal/generic.html)不支持基本数据类型。后面我也会讲为什么。那既然存在基本数据类型，又存在包装类型，它们之间肯定存在一些使用上的差异，以及在某些场景下需要进行类型转换。这就是今天我们要讲的拆箱和装箱。拆箱就是将包装类型对象转换为其对应的基本数据类型，而装箱则是将基本数据类型转换为相应的包装类型对象。示例代码如下： ```java Integer chenmo = new Integer(10); // 装箱 int wanger = chenmo.intValue(); // 拆箱 ``` ### 包装类型和基本数据类型之间的区别好，接下来我们先来介绍一下包装类型和基本数据类型之间的区别。 #### 包装类型可以为 null，而基本数据类型不可以别小看这一点区别，这使得包装类型可以应用于 POJO 中，而基本数据类型则不行。 POJO 是什么呢？ 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，只有字段以及对应的 setter 和 getter 方法。来看下面这段代码： ```java 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; } } ``` 这就是一个非常纯粹，非常典型的 POJO，在我们编写的 Java 应用程序中会经常用到。 “哥，你说的 POJO 是不是就是 JavaBean 啊？”三妹这时候追问道。 “是的，如果定义没那么严格的话，JavaBean 也是一种 POJO。” 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）。 [技术派实战项目](https://github.com/itwanger/paicoding)当中就有大量 POJO，我截图大家感受下，工作后其实会经常碰到。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/stutymore/box-20231231071807.png) 只不过，我们不再写 setter 和 getter 方法，而是使用 [Lombok](https://javabetter.cn/springboot/lombok.html) 来自动生成。也就是上图当中的 `@Data` 注解。 “那为什么 POJO 的字段必须要用包装类型呢？”三妹又追问道。 “《[阿里巴巴 Java 开发手册](https://javabetter.cn/pdf/ali-java-shouce.html)》上有详细的说明，你看。”我打开 PDF，并翻到了对应的内容，指着屏幕念道。 >数据库的查询结果可能是 null，如果使用基本数据类型的话，因为要自动拆箱，就会抛出 [NullPointerException 的异常](https://javabetter.cn/exception/npe.html)。 “什么是自动拆箱呢？” “自动拆箱指的是，将包装类型转为基本数据类型，比如说把 Integer 对象转换成 int 值；对应的，把基本数据类型转为包装类型，则称为自动装箱。” “哦。” #### 包装类型可用于泛型，而基本数据类型不可以 “那接下来，我们来看第二点不同。**包装类型可用于泛型，而基本数据类型不可以**，否则就会出现编译错误。”一边说着，我一边在 Intellij IDEA 中噼里啪啦地敲了起来。 “三妹，你瞧，编译器提示错误了。” ```java List list = new ArrayList<>(); // 提示 Syntax error, insert "Dimensions" to complete ReferenceType List list = new ArrayList<>(); ``` “为什么呢？”三妹及时地问道。 “因为[泛型](https://javabetter.cn/basic-extra-meal/generic.html)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——基本数据类型是个例外。” 这个我们在讲[泛型](https://javabetter.cn/basic-extra-meal/generic.html)的时候，也有详细讲过，你应该还记得吧？ “嗯，我记得。” #### 基本数据类型比包装类型更高效 “哥，你之前说到，Java 搞出来了基本数据类型这套东西，是为了提升程序的运行效率，为什么呢？”三妹又追问道。那这里其实就是为了讲这个问题。 “好，接下来，我们来说第三点，**基本数据类型比包装类型更高效**。”我喝了一口布丁奶茶后继续说道。 “作为局部变量时，基本数据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。”我一边说着，一边打开 [`draw.io`](https://app.diagrams.net/) 画起了图。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/core-points/box-01.png) >关于堆和栈的知识，我们会在讲 [JVM 运行时数据区](https://javabetter.cn/jvm/neicun-jiegou.html)的时候详细讲解。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。 - 基本数据类型：仅占用足够存储其值的固定大小的内存。例如，一个 int 值占用 4 字节。 - 包装类型：占用的内存空间要大得多，因为它们是对象，并且要存储对象的元数据。例如，一个 Integer 对象占用 16 字节。并且不仅要存储对象，还要存储引用。假如没有基本数据类型的话，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。我们通过一个简单的例子来印证这一点： ```java public class MemoryUsageTest { public static void main(String[] args) { Runtime runtime = Runtime.getRuntime(); long memoryBefore, memoryAfter; int size = 1000000; // 测试基本类型 int 的内存占用 runtime.gc(); memoryBefore = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory(); int[] intArray = new int[size]; memoryAfter = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory(); System.out.println("基本数据类型数组占用内存: " + (memoryAfter - memoryBefore)); // 测试包装类型 Integer 的内存占用 runtime.gc(); memoryBefore = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory(); Integer[] integerArray = new Integer[size]; for (int i = 0; i < size; i++) { integerArray[i] = i; // 自动装箱 } memoryAfter = runtime.totalMemory() - runtime.freeMemory(); System.out.println("包装类型数组占用内存空间: " + (memoryAfter - memoryBefore)); } } ``` 创建 100万个数组，一个用基本数据类型，一个用包装类型，然后比较它们的内存占用情况。 ``` 基本数据类型数组占用内存: 5342192 包装类型数组占用内存空间: 22790672 ``` 可以看得出来，基本数据类型数组占用的内存空间比包装类型的少了一个数量级。当然了，这种方法没那么严谨，但多少能说明一些问题。 #### 不同类型数据存储的位置 “三妹，你想知道程序运行时，数据都存储在什么地方吗？” “嗯嗯，哥，你说说呗。” “通常来说，有 4 个地方可以用来存储数据。” 1）寄存器。这是最快的存储区，因为它位于 CPU 内部，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。 2）栈。位于 RAM（Random Access Memory，也叫主存，与 CPU 直接交换数据的内部存储器）中，速度仅次于寄存器。但是，在分配内存的时候，存放在栈中的数据大小与生存周期必须在编译时是确定的，缺乏灵活性。基本数据类型的值和对象的引用通常存储在这块区域。 3）堆。也位于 RAM 区，可以动态分配内存大小，编译器不必知道要从堆里分配多少存储空间，生存周期也不必事先告诉编译器，Java 的垃圾收集器会自动收走不再使用的数据，因此可以得到更大的灵活性。但是，运行时动态分配内存和销毁对象都需要占用时间，所以效率比栈低一些。new 创建的对象都会存储在这块区域。 4）磁盘。如果数据完全存储在程序之外，就可以不受程序的限制，在程序没有运行时也可以存在。像文件、数据库，就是通过持久化的方式，让对象存放在磁盘上。当需要的时候，再反序列化成程序可以识别的对象。 “能明白吗？三妹？” “这节讲完后，我再好好消化一下。” “别担心，后面讲 [JVM 运行时数据区](https://javabetter.cn/jvm/neicun-jiegou.html)的时候也会重新讲到。” #### 包装类型的值可以相同，但却不相等 “那好，我们来说第四点，**两个包装类型的值可以相同，但却不相等**。” ```java Integer chenmo = new Integer(10); Integer wanger = new Integer(10); System.out.println(chenmo == wanger); // false System.out.println(chenmo.equals(wanger )); // true ``` “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，由于是两个对象，所以地址是不同的。” “而 `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。” ```java 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; } ``` 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。 ### 自动装箱和自动拆箱 “三妹，瞧，`((Integer)obj).intValue()` 这段代码就是用来拆箱的。不过这种属于手动拆箱，对应的还有一种自动拆箱，我们来详细地解释下。” 既然有基本数据类型和包装类型，肯定有些时候要在它们之间进行转换。把基本数据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数据类型的过程叫做拆箱（unboxing）。在 Java 1.5 之前，开发人员要手动进行装拆箱，比如说： ```java Integer chenmo = new Integer(10); // 手动装箱 int wanger = chenmo.intValue(); // 手动拆箱 ``` Java 1.5 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。这下就方便了。 ```java Integer chenmo = 10; // 自动装箱 int wanger = chenmo; // 自动拆箱 ``` 来看一下反编译后的代码。 ```java Integer chenmo = Integer.valueOf(10); int wanger = chenmo.intValue(); ``` 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。 “嗯，三妹，给你出一道面试题吧。” ```java // 1）基本数据类型和包装类型 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); ``` “给你 3 分钟时间，你先思考下，我去抽根华子，等我回来，然后再来分析一下为什么。” 。。。。。。 “嗯，哥，你过来吧，我说一说我的想法。” 第一段代码，基本数据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，按照你之前说的，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，我想结果可能为 false。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，我想结果仍然为 false。 “嗯嗯，三妹，你分析的很有逻辑，但第二段代码的结果为 true，是不是感到很奇怪？” “为什么会这样呀？”三妹急切地问。 ### IntegerCache “你说的没错，自动装箱是通过 `Integer.valueOf()` 完成的，我们来看看这个方法的源码就明白为什么了。” ```java public static Integer valueOf(int i) { if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high) return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)]; return new Integer(i); } ``` 是不是看到了一个之前见过的类——[IntegerCache](https://javabetter.cn/basic-extra-meal/int-cache.html)？ “难道说是 Integer 的缓存类？”三妹做出了自己的判断。 “是的，来看一下 IntegerCache 的源码吧。” ```java private static class IntegerCache { // 缓存的最小值，默认为 -128 static final int low = -128; // 缓存的最大值，默认为 127，但可以通过 JVM 参数配置 static final int high; static final Integer cache[]; static { // 默认情况下 high 值为 127 int h = 127; // 通过系统属性获取用户可能配置的更高的缓存上限 // integerCacheHighPropValue 是一个字符串，代表配置的高值 int i = parseInt(integerCacheHighPropValue); // 确保缓存的最高值至少为 127 i = Math.max(i, 127); // 设置 high 的值，但不能超过 Integer.MAX_VALUE - (-low) - 1 h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) - 1); high = h; // 初始化缓存数组，大小为 high - low + 1 cache = new Integer[(high - low) + 1]; // 填充缓存，从 low 开始，为每个值创建一个 Integer 对象 int j = low; for(int k = 0; k < cache.length; k++) cache[k] = new Integer(j++); // 断言确保 high 的值至少为 127，这是 Java 语言规范要求的 assert IntegerCache.high >= 127; } } ``` 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。 “三妹，看完上面的分析之后，我希望你记住一点：**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**。” ### 自动拆箱的注意事项 “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。” ```java 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); ``` “知道为什么吗？三妹。” “难道是因为 sum 被声明成了包装类型 Long 而不是基本数据类型 long。”三妹若有所思。 “是滴，由于 sum 是个 Long 型，而 i 为 int 类型，`sum += i` 在执行的时候，会先把 i 强转为 long 型，然后再把 sum 拆箱为 long 型进行相加操作，之后再自动装箱为 Long 型赋值给 sum。” 等后面你学了 [javap](https://javabetter.cn/jvm/bytecode.html) 命令之后，就可以通过 `javap -v xxx.class` 命令来查看这段代码的执行过程。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/stutymore/box-20231231092746.png) 从这里面，你应该能看到 `Long.valueOf()` 和 `Long.longValue()` 的身影。它们分别对应了自动装箱和自动拆箱。 “三妹，你可以试一下，把 sum 换成 long 型比较一下它们运行的时间。” 。。。。。。 “哇，sum 为 Long 型的时候，足足运行了 5825 毫秒；sum 为 long 型的时候，只需要 679 毫秒。” “好了，三妹，今天的主题就先讲到这吧。我再去来根华子。” ### 总结今天我们讲了拆箱和装箱的概念，以及包装类型和基本数据类型之间的区别。最后，我们还讲了自动装箱和自动拆箱的原理，以及自动拆箱的注意事项。 ---- GitHub 上标星 10000+ 的开源知识库《[二哥的 Java 进阶之路](https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer)》第一版 PDF 终于来了！包括Java基础语法、数组&字符串、OOP、集合框架、Java IO、异常处理、Java 新特性、网络编程、NIO、并发编程、JVM等等，共计 32 万余字，500+张手绘图，可以说是通俗易懂、风趣幽默……详情戳：[太赞了，GitHub 上标星 10000+ 的 Java 教程](https://javabetter.cn/overview/) 微信搜 **沉默王二** 或扫描下方二维码关注二哥的原创公众号沉默王二，回复 **222** 即可免费领取。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/gongzhonghao.png)