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Java工具类之包装类

jiezi

Java 工具类——包装类

我们都知道，JDK 其实给我们提供了很多很多 Java 开发者已经写好的现成的类，他们其实都可以理解成工具类，比如我们常见的集合类，日期相关的类，数学相关的类等等，有了这些工具类，你会发现它能很大程度的帮你节省时间，能很方便的实现你的需求。当然，没有这些包，你也能实现你的需求，但是你需要时间，今天我们主要是来学习一下包装类。

一、包装类介绍

1、为什么需要包装类？

我们知道 Java 语言是一个面向对象的编程语言，但是 Java 中的基本数据类型却不是面向对象的，但是我们在实际使用中经常需要将基本数据类型转换成对象，便于操作，比如，集合的操作中，这时，我们就需要将基本类型数据转化成对象，所以就出现了包装类。

2、包装类是什么呢？

包装类，顾名思义就是将什么经过包装的类，那么是将什么包装起来的呢，显然这里是将基本类型包装起来的类。包装类的作用就是将基本类型转成对象，将基本类型作为对象来处理。

Java 中我们知道，基本数据类型有 8 个，所以对应的包装类也是 8 个，包装类就是基本类型名称首字母大写。但 Integer 和 Character 例外，它们显示全称，如下面表格所示：

基本数据类型 对应包装类
byte Byte
short Short
int Integer
long Long
float Float
double Double
char Character
boolean Boolean

二、包装类的继承关系

通过阅读 Java8 的 API 官方文档或者看源代码我们可以得知 8 个包装类的继承关系如下：

通过以上的继承关系图，我们其实可以这样记忆，包装类里面有 6 个与数字相关的都是继承自 Number 类，而其余两个不是与数字相关的都是默认继承 Object 类。通过看 API 官方文档，我们还可以得知这 8 个包装类都实现了 Serializable , Comparable 接口。比如下图的 Integer 类

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {}

三、包装类的使用方法（基本操作）

接下来关于包装类的讲解我就讲 Integer 包装类，其他的都依此类推，用法和操作都是差不多的，只是名字不一样而已。

1、包装类的构造方法

8 个包装类都有带自己对应类型参数的构造方法，其中 8 个包装类中除了 Character 还有构造方法重载，参数是 String 类型的。

Integer one = new Integer(666);
Integer two = new Integer("666");

2、包装类的自动拆装箱

在了解自动拆装箱之前，我们得先知道什么是拆箱和装箱。其实拆装箱主要应对基本类型与包装类型的相互转换问题。

  • 装箱：将基本类型转换成包装类型的过程叫做装箱。
  • 拆箱：将包装类型转换成基本类型的过程叫做拆箱。

其实，在 JDK1.5 版本之前，是没有自动拆装箱的，开发人员要手动进行装拆箱：

// 手动装箱，也就是将基本类型 10 转换为引用类型
Integer integer = new Integer(10);
// 或者
Integer integer1 = Integer.valueOf(10);

// 手动拆箱，也就是将引用类型转换为基本类型
int num = integer.intValue();

而在在 JDK1.5 版本之后，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。实现了自动拆箱和自动装箱，如下方代码所示：

// 自动装箱
Integer one = 1;
// 自动拆箱
int two = one + 10;

其实以上两种方式本质上是一样得，只不过一个是自动实现了，一个是手动实现了。至于自动拆装箱具体怎么实现的我这里不做深入研究。

四、包装类的缓存机制

我们首先来看看以下代码，例 1：

public static void main(String[] args) {
  Integer i1 = 100;
  Integer i2 = 100;
  Integer i3 = new Integer(100);
  Integer i4 = new Integer(100);
  System.out.println(i1 == i2);//true
  System.out.println(i1 == i3);//false
  System.out.println(i3 == i4);//false
  System.out.println(i1.equals(i2));//true
  System.out.println(i1.equals(i3));//true
  System.out.println(i3.equals(i4));//true
}

当我们修改了值为 200 的时候，例 2：

public static void main(String[] args) {
  Integer i1 = 200;
  Integer i2 = 200;
  Integer i3 = new Integer(200);
  Integer i4 = new Integer(200);
  System.out.println(i1 == i2);//false
  System.out.println(i1 == i3);//false
  System.out.println(i3 == i4);//false
  System.out.println(i1.equals(i2));//true
  System.out.println(i1.equals(i3));//true
  System.out.println(i3.equals(i4));//true
}

通过上面两端代码，我们发现修改了值，第 5 行代码的执行结果竟然发生了改变，为什么呢？首先，我们需要明确第 1 行和第 2 行代码实际上是实现了自动装箱的过程，也就是自动实现了 Integer.valueOf 方法，其次，== 比较的是地址，而 equals 比较的是值（这里的 eauals 重写了，所以比较的是具体的值），所以显然最后五行代码的执行结果没有什么疑惑的。既然 == 比较的是地址，例 1 的第 5 行代码为什么会是 true 呢，这就需要我们去了解包装类的缓存机制。

其实看 Integer 类的源码我们可以发现在第 780 行有一个私有的静态内部类，如下：

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() {}
}

我们知道，静态的内部类是在整个 Integer 加载的时候就已经加载完成了，以上代码初始化了一个 Integer 类型的叫 cache 的数组，取值范围是 [-128, 127]。缓存机制的作用就是提前实例化相应范围数值的包装类对象，只要创建处于缓存范围的对象，就使用已实例好的对象。从而避免重复创建多个相同的包装类对象，提高了使用效率。如果我们用的对象范围在[-128, 127] 之内，就直接去静态区找对应的对象，如果用的对象的范围超过了这个范围，会帮我们创建一个新的 Integer 对象，其实下面的源代码就是这个意思：

public static Integer valueOf(int i) {if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

所以 例 1 代码里，i1 和 i2 是 100，值的范围在[-128, 127]，所以直接区静态区找，所以 i1 和 i2 指向的地址是同一个，所以 i1==i2；而在例 2 的代码里，i1 和 i2 是 200，值的范围不在在[-128, 127]，所以分别创建了一个新的对象，放在了堆内存里，各自指向了不同的地址，所以地址都不同了，自然 i1 不等于 i2。

通过分析源码我们可以发现，只有 double 和 float 的自动装箱代码没有使用缓存，每次都是 new 新的对象，其它的 6 种基本类型都使用了缓存策略。
使用缓存策略是因为，缓存的这些对象都是经常使用到的（如字符、-128 至 127 之间的数字），防止每次自动装箱都创建一次对象的实例。

五、包装类和基本数据类型的区别

  • 默认值不同

包装类的默认值是 null，而基本数据类型是对应的默认值（比如整型默认值是 0，浮点型默认值是 0.0）

  • 存储区域不同

基本数据类型是把值保存在栈内存里，包装类是把对象放在堆中，然后通过对象的引用来调用他们

  • 传递方式不同

基本数据类型变量空间里面存储的是值，传递的也是值，一个改变，另外一个不变，而包装类属于引用数据类型，变量空间存储的是地址(引用)，传递的也是引用，一个变，另外一个跟着变。

五、小结

​ 以上就是我对于 Java 包装类的个人理解，其实学习这些工具类还有一个更好的学习方式，就是去看官方文档（API 官方文档地址：https://docs.oracle.com/javas…）

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