引言
Java 中的**装箱（Boxing）和拆箱（Unboxing）**是自动类型转换的机制，用于在基本数据类型（如 int、long 等）和其对应的包装类（如 Integer、Long 等）之间进行转换。这种机制简化了代码的编写，但也可能引发一些性能问题或意外行为。
通过以下案例和字节码分析，我们将深入探讨装箱和拆箱的原理及其在实际开发中的应用。
案例代码与输出
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Integer a = 1; // 自动装箱
Integer b = 2; // 自动装箱
Integer c = 3; // 自动装箱
Integer d = 3; // 自动装箱
Integer e = 321; // 自动装箱
Integer f = 321; // 自动装箱
Long g = 3L; // 自动装箱
System.out.println(c == d); // true
System.out.println(e == f); // false
System.out.println(c == (a + b)); // true
System.out.println(c.equals(a + b)); // true
System.out.println(g == (a + b)); // true
System.out.println(g.equals(a + b)); // false
}
}
输出结果：
true
false
true
true
true
false
逐行解析与字节码分析
1. c == d 输出 true
- 原因：
c和d都是Integer类型，值为3。 - 装箱过程：
Integer c = 3实际上被编译器翻译为Integer c = Integer.valueOf(3)。 - 缓存机制：
Integer.valueOf方法会对-128 ~ 127范围内的整数使用缓存池。因此，c和d指向同一个缓存对象。 - 字节码分析：
ICONST_3 INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer; ASTORE 3 ICONST_3 INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer; ASTORE 4ASTORE 3和ASTORE 4分别存储c和d。- 因为
3在缓存范围内，c和d引用的是同一个对象，因此c == d返回true。
2. e == f 输出 false
- 原因：
e和f的值为321，超出了Integer缓存范围（默认-128 ~ 127），因此每次调用Integer.valueOf(321)都会创建新的对象。 - 字节码分析：
SIPUSH 321 INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer; ASTORE 5 SIPUSH 321 INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer; ASTORE 6SIPUSH将常量321压入栈顶。INVOKESTATIC调用Integer.valueOf方法。- 因为
321不在缓存范围内，e和f是不同的对象，因此e == f返回false。
3. c == (a + b) 输出 true
- 原因：
a + b的计算涉及拆箱操作，a.intValue()和b.intValue()相加得到一个int值，然后与c进行比较时，c也会被拆箱为int。 - 拆箱过程：
a + b被翻译为a.intValue() + b.intValue()。c == (a + b)被翻译为c.intValue() == (a.intValue() + b.intValue())。
- 字节码分析：
ALOAD 3 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I ALOAD 1 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I ALOAD 2 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I IADD IF_ICMPNE L14INVOKEVIRTUAL调用intValue方法完成拆箱。- 最终比较的是两个
int值，因此c == (a + b)返回true。
4. c.equals(a + b) 输出 true
- 原因：
equals方法比较的是值，而不是引用。a + b的结果是一个int，会被自动装箱为Integer，然后调用equals方法进行比较。 - 字节码分析：
ALOAD 3 ALOAD 1 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I ALOAD 2 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I IADD INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer; INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.equals (Ljava/lang/Object;)Za + b的结果被装箱为Integer。equals方法比较的是两个Integer的值，因此返回true。
5. g == (a + b) 输出 true
- 原因：
g是Long类型，a + b的结果是int类型。在比较时，a + b被提升为long类型（I2L指令），然后与g的值进行比较。 - 字节码分析：
ALOAD 7 INVOKEVIRTUAL java/lang/Long.longValue ()J ALOAD 1 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I ALOAD 2 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I IADD I2L LCMP IFNE L18I2L将int提升为long。LCMP比较两个long值，因此g == (a + b)返回true。
6. g.equals(a + b) 输出 false
- 原因：
equals方法比较的是对象类型和值。a + b的结果是int类型，会被装箱为Integer，而g是Long类型，因此equals返回false。 - 字节码分析：
ALOAD 7 ALOAD 1 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I ALOAD 2 INVOKEVIRTUAL java/lang/Integer.intValue ()I IADD INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer; INVOKEVIRTUAL java/lang/Long.equals (Ljava/lang/Object;)Za + b的结果被装箱为Integer。equals方法检查类型不匹配（LongvsInteger），因此返回false。
总结与注意事项
-
装箱与拆箱的本质：
- 装箱：将基本类型（如
int）转换为包装类（如Integer）。底层调用valueOf方法。 - 拆箱：将包装类（如
Integer）转换为基本类型（如int）。底层调用intValue方法。
- 装箱：将基本类型（如
-
缓存机制的影响：
Integer的缓存范围是-128 ~ 127，超出范围会创建新对象。- 可以通过 JVM 参数（如
-XX:AutoBoxCacheMax=512）调整缓存范围。
-
比较操作的陷阱：
- 使用
==比较引用类型时，可能会因为缓存或对象创建方式不同而导致结果不符合预期。 - 推荐使用
equals方法进行值比较。
- 使用
-
性能问题：
- 频繁的装箱和拆箱操作会导致额外的对象创建和方法调用，影响性能。
- 在性能敏感的场景下，尽量避免不必要的装箱和拆箱。
扩展思考
在前面的分析中，我们提到 e == f 的结果为 false，因为 321 超出了 Integer 默认的缓存范围（-128 ~ 127），导致每次调用 Integer.valueOf(321) 都会创建新的对象。然而，Java 提供了一种方式来扩展 Integer 的缓存范围，从而改变这一行为。
如何调整缓存范围
Integer 的缓存范围可以通过 JVM 参数 -XX:AutoBoxCacheMax= 进行调整。例如，如果我们希望将缓存范围扩展到 512，可以在启动 JVM 时添加以下参数：
java -XX:AutoBoxCacheMax=512 Test
调整后的效果
当我们将缓存范围扩展到 512 后，e == f 的结果会发生变化：
原因：321 现在位于缓存范围内，因此 Integer.valueOf(321) 会返回缓存中的同一个对象。
输出结果：true
底层原理分析
通过调整缓存范围，Integer.valueOf 方法的行为发生了变化：
如果值在缓存范围内（-128 ~ AutoBoxCacheMax），则返回缓存中的对象。
如果值超出缓存范围，则创建新的 Integer 对象。
以下是 Integer.valueOf 方法的源码片段：
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
其中，IntegerCache.low 和 IntegerCache.high 分别表示缓存范围的下限和上限。默认情况下，IntegerCache.low = -128，IntegerCache.high = 127。通过 JVM 参数 -XX:AutoBoxCacheMax，我们可以动态调整 IntegerCache.high 的值。
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