基本数据类型和包装类型的区别、缓存池、自动拆箱装箱（面试题）

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文章标签： java

于 2024-11-12 23:43:29 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_64422133/article/details/143720442

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1. 八种基本类型及对应包装类型

基本数据类型	类型描述	范围（指数形式）	位数	包装类型
`byte`	整型（有符号）	-2 ^ 7 ~2 ^ 7 -1	1字节= 8bit	`Byte`
`short`	整型（有符号）	-2 ^ 15 ~2 ^ 15 -1	2字节=16bit	`Short`
`int`	整型（有符号）	-2 ^ 31 ~2 ^ 31 -1	4字节= 32bit	`Integer`
`long`	整型（有符号）	-2 ^ 63 ~2 ^ 63 -1	8字节= 64bit	`Long`
`float`	浮点型	1.401298e-45 ~ 3.402823e+38（绝对值）	4字节=32bit	`Float`
`double`	浮点型	4.9000000e-324 ~ 1.797693e+308（绝对值）	8字节=64bit	`Double`
`char`	字符型	‘\u0000’~’\uFFFF’	2字节=16bit	`Character`
`boolean`	布尔型	只有两个值：`true` 或 `false`	1字节= 8bit	`Boolean`

2. 基本类型和包装类型区别

1.性能

基本类型：占用内存小，效率高，适合频繁使用的简单操作。
包装类型：因为是对象，涉及内存分配和垃圾回收，性能相对较低。

2. 存储位置

基本类型：如果是局部变量则保存在栈上面，如果是成员变量则在堆中。
包装类型：保存在堆上（成员变量，在不考虑JIT优化的栈上分配时，都是随着对象一起保存在堆上的）。

基本数据类型：

1、变量名指向具体的数值。
2、基本数据类型存储在栈上。

引用数据类型：

1、变量名指向的是存储对象的内存地址，在栈上。
2、内存地址指向的对象存储在堆上。

3. 初始化方式

基本类型：直接赋值
包装类型：需要采用new的方式创建

4. 比较方式

基本类型：比较用==，直接比较数值。
包装类型：比较时，==比较的是对象的内存地址，而equals（）比较的是对象的值。

5. 默认值

基本类型：默认值是0，false 等。
包装类型：默认为null。

3. 自动拆箱装箱

3.1 自动装箱

装箱：就是将基本数据类型用他们对应的包装类包装起来

Integer i = 10;

我们将上述代码反编译即得到：

Integer i = Integer.valueOf(10);

查看源码可知：

public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
}
    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;
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                    // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                }
            }
            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;
        }

        private IntegerCache() {}
}

在Integer的valueof（int i）中，我们传递进去的参数是基本数据类型int型，在函数内部如上所示利用了Integer内部的一个私有静态类IntegerCache，该类静态初始化了一个包含了Integer.IntegerCache.low 到 java.lang.Integer.IntegerCache.high的Integer数组。其中java.lang.Integer.IntegerCache.high的取值范围在[127~Integer.MAX_VALUE - (-low) -1]之间。

在该区间内所有的Integer.valueOf(int)函数返回的对象，是根据int值计算的偏移量，从数组Integer.IntegerCache.cache中获取，返回一个Integer对象。如果不在[IntegerCache.low~IntegerCache.high)之间，就会在JVM中分配内存new一个新的Integer对象。

因此，我们可以看出来装箱的时候其实就是自动调用了Integer的valueOf(int)方法。

3.2 自动拆箱

拆箱就是将包装类型转换为基本数据类型

如下：

Integer i = 10;//装箱
int n = i;   //拆箱

反编译得到：

Integer i = Integer.valueOf(10);
int n = i.intValue();

查看源码：

private final int value;
public int intValue() {
    return value;
}

可以看出，在拆箱的时候调用了Integer对象的intValue()方法。包装类在装箱时，将我们传入的int型参数value保存起来且私有不能被改变，在拆箱时利用intValue()方法返回int型的value值。

因此总结一下装箱和拆箱的实现过程就是：

装箱过程是通过调用包装类的valueOf方法实现的，而拆箱过程是通过调用包装类的 xxxValue方法实现的。（xxx代表对应的基本数据类型）。

注意：我们要了解的是，频繁的装箱拆箱的话，会增加内存的消耗，影响性能

3.3 缓存池

java中有6个缓存池，基本数据类型的包装类除了 Float 和 Double 之外，其他六个包装器类（Byte、Short、Integer、Long、Character、Boolean）都有常量缓存池。

Byte：-128~127，也就是所有的 byte 值
Short：-128~127
Long：-128~127
Character：\u0000 - \u007F
Boolean：true 和 false

下面详细说一下java中 Integer缓存池

Java的Integer缓存池（IntegerCache）是为了提升性能和节省内存。根据实践发现大部分的数据操作都集中在值比较小的范围，因此缓存这些对象可以减少内存分配和垃圾回收的负担，提升性能。

拿 Integer 来举例子

Integer 类内部中内置了 256 个 Integer 类型的缓存数据，当使用的数据范围在 -128~127 之间时，会直接返回常量池中数据的引用，而不是创建对象，超过这个范围时会创建新的对象。

new Integer(100) 每次都会新建一个对象;
Integer.valueOf(100) 会使用缓存池中的对象，多次调用只会取同⼀一个对象的引用。

原理：

Java 在自动装箱时，对于值在-128到127之间的int类型，会直接返回一个已经缓存的Integer 对象，而不是创建新的对象。

缓存池的使用场景：

自动装箱（Auto-boxing）：当基本类型int转换为包装类Integer时，若数值在缓存范围内，返回缓存对象。

值比较：由于相同范围内的整数使用同一个缓存对象，使用==可以正确比较它们的地址（引用相同），而不需要使用equals（）。但是要注意对于超过缓存范围的Integer对象，==比较的是对象引用，而不是数值。要比较数值，应使用equals(）方法。

4. 高频面试案例分析

下面这段代码的输出结果是什么呢？

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
         
        Integer i1 = 100;
        Integer i2 = 100;
        Integer i3 = 200;
        Integer i4 = 200;

        Integer one=new Integer(100);
        Integer two=new Integer(100);

        Integer z = Integer.valueOf(18);
        Integer k = Integer.valueOf(18);
        System.out.println(z == k);//6

        System.out.println(i1==i2);   //1
        System.out.println(i3==i4);   //2    
        System.out.println(one==two);  //3
        System.out.println(i1==100);   //4
        System.out.println(i1==one);   //5


        

    }

提醒：

1. ”==“用于比较引用和比较基本数据类型时具有不同的功能，具体如下：

基本数据类型：比较的是他们的值是否相等，比如两个int类型的变量，比较的是变量的值是否一样。
引用数据类型：比较的是引用的地址是否相同，比如说新建了两个User对象，比较的是两个User的地址是否一样。

2. 装箱过程（基本类型转为包装类型）是通过调用包装类的valueOf方法实现的，而拆箱过程（包装类型转为基本类型）是通过调用包装类的 xxxValue方法实现的。（xxx代表对应的基本数据类型）；

Integer包装类当使用的数据范围在 -128~127 之间时，会直接返回常量池中数据的引用，而不是创建对象，超过这个范围时会创建新的对象。

new Integer(100) 每次都会新建一个对象;
Integer.valueOf(8) 会使用缓存池中的对象，多次调用只会取同⼀一个对象的引用。

解答：

1，true，上面的代码中i1和i2的数值为100，是Integer包装类型且数据范围在 -128~127 之间，因此直接从IntegerCache（Integer缓存池）会直接返回常量池中数据的引用，而不是创建对象，超过这个范围时会创建新的对象。

2，false，这里很多同学容易出错，上面的代码中i3和i4的数值为200，根据IntegerCache私有静态类的源码可以发现，当数值不在[127~Integer.MAX_VALUE - (-low) -1]即[-128,127]之间时，便会创建新的Integer对象。因此这里i3和i4是两个不同对象，因此为false。

3，false，这里就很好理解了，因为new Integer(100);创建了两个不同的对象，==比较的是内存地址。

4，true，这里其实包含两个步骤：① Integer i1 = 100;进行装箱；② i1==100自动进行了拆箱，因此这里是两个基本数据类型进行比较，值必然相同。

i1是一个Integer对象，而100是一个基本类型int的值。在比较Integer对象和基本类型int时，Java会进行自动拆箱，将Integer对象转换成int值进行比较。由于i1实际上是缓存中的对象，它的值是100，所以i1的值（100）和基本类型int的值（100）是相等的，

5，false，i1对象进行了装箱，其是直接从IntegerCache私有静态类的Integer数组中取已经存在的对象。而one是创建了一个新的对象，因此两者的内存地址必然不相同。

6，true，这里调用了valueOf方法 来装箱，第一次Integer z = Integer.valueOf(18);会创建 Integer对象值是18（在 -128~127 之间），并且放入Integer缓存池中，第二次Integer k = Integer.valueOf(18);会直接从缓存中返回值为18的Integer对象的地址值，本质是同一个对象引用，所以z=k，true。