Java中的自動裝箱與拆箱

自動裝箱和拆箱從Java 1.5開始引入，目的是將原始型別值轉自動地轉換成對應的物件。自動裝箱與拆箱的機制可以讓我們在Java的變數賦值或者是方法呼叫等情況下使用原始型別或者物件型別更加簡單直接。

如果你在Java1.5下進行過程式設計的話，你一定不會陌生這一點，你不能直接地向集合(Collections)中放入原始型別值，因為集合只接收物件。通常這種情況下你的做法是，將這些原始型別的值轉換成物件，然後將這些轉換的物件放入集合中。使用Integer,Double,Boolean等這些類我們可以將原始型別值轉換成對應的物件，但是從某些程度可能使得程式碼不是那麼簡潔精煉。為了讓程式碼簡練，Java 1.5引入了具有在原始型別和物件型別自動轉換的裝箱和拆箱機制。但是自動裝箱和拆箱並非完美，在使用時需要有一些注意事項，如果沒有搞明白自動裝箱和拆箱，可能會引起難以察覺的bug。

本文將介紹，什麼是自動裝箱和拆箱，自動裝箱和拆箱發生在什麼時候，以及要注意的事項。

什麼是自動裝箱和拆箱

自動裝箱就是Java自動將原始型別值轉換成對應的物件，比如將int的變數轉換成Integer物件，這個過程叫做裝箱，反之將Integer物件轉換成int型別值，這個過程叫做拆箱。因為這裡的裝箱和拆箱是自動進行的非人為轉換，所以就稱作為自動裝箱和拆箱。原始型別byte,short,char,int,long,float,double和boolean對應的封裝類為Byte,Short,Character,Integer,Long,Float,Double,Boolean。

自動裝箱拆箱要點

• 自動裝箱時編譯器呼叫valueOf將原始型別值轉換成物件，同時自動拆箱時，編譯器通過呼叫類似intValue(),doubleValue()這類的方法將物件轉換成原始型別值。
• 自動裝箱是將boolean值轉換成Boolean物件，byte值轉換成Byte物件，char轉換成Character物件，float值轉換成Float物件，int轉換成Integer，long轉換成Long，short轉換成Short，自動拆箱則是相反的操作。

何時發生自動裝箱和拆箱

自動裝箱和拆箱在Java中很常見，比如我們有一個方法，接受一個物件型別的引數，如果我們傳遞一個原始型別值，那麼Java會自動講這個原始型別值轉換成與之對應的物件。最經典的一個場景就是當我們向ArrayList這樣的容器中增加原始型別資料時或者是建立一個引數化的類，比如下面的ThreadLocal。

ArrayList<Integer> intList = new ArrayList<Integer>();
intList.add(1); //autoboxing - primitive to object
intList.add(2); //autoboxing

ThreadLocal<Integer> intLocal = new ThreadLocal<Integer>();
intLocal.set(4); //autoboxing

int number = intList.get(0); // unboxing
int local = intLocal.get(); // unboxing in Java

舉例說明

上面的部分我們介紹了自動裝箱和拆箱以及它們何時發生，我們知道了自動裝箱主要發生在兩種情況，一種是賦值時，另一種是在方法呼叫的時候。為了更好地理解這兩種情況，我們舉例進行說明。

賦值時

這是最常見的一種情況，在Java 1.5以前我們需要手動地進行轉換才行，而現在所有的轉換都是由編譯器來完成。

//before autoboxing
Integer iObject = Integer.valueOf(3);
Int iPrimitive = iObject.intValue()

//after java5
Integer iObject = 3; //autobxing - primitive to wrapper conversion
int iPrimitive = iObject; //unboxing - object to primitive conversion

方法呼叫時

這是另一個常用的情況，當我們在方法呼叫時，我們可以傳入原始資料值或者物件，同樣編譯器會幫我們進行轉換。

public static Integer show(Integer iParam){
   System.out.println("autoboxing example - method invocation i: " + iParam);
   return iParam;
}

//autoboxing and unboxing in method invocation
show(3); //autoboxing
int result = show(3); //unboxing because return type of method is Integer

show方法接受Integer物件作為引數，當呼叫show(3)時，會將int值轉換成對應的Integer物件，這就是所謂的自動裝箱，show方法返回Integer物件，而int result = show(3);中result為int型別，所以這時候發生自動拆箱操作，將show方法的返回的Integer物件轉換成int值。

自動裝箱的弊端

自動裝箱有一個問題，那就是在一個迴圈中進行自動裝箱操作的情況，如下面的例子就會建立多餘的物件，影響程式的效能。

Integer sum = 0;
 for(int i=1000; i<5000; i++){
   sum+=i;
}

上面的程式碼sum+=i可以看成sum = sum + i，但是+這個操作符不適用於Integer物件，首先sum進行自動拆箱操作，進行數值相加操作，最後發生自動裝箱操作轉換成Integer物件。其內部變化如下

sum = sum.intValue() + i;
Integer sum = new Integer(result);

由於我們這裡宣告的sum為Integer型別，在上面的迴圈中會建立將近4000個無用的Integer物件，在這樣龐大的迴圈中，會降低程式的效能並且加重了垃圾回收的工作量。因此在我們程式設計時，需要注意到這一點，正確地宣告變數型別，避免因為自動裝箱引起的效能問題。

過載與自動裝箱

當過載遇上自動裝箱時，情況會比較有些複雜，可能會讓人產生有些困惑。在1.5之前，value(int)和value(Integer)是完全不相同的方法，開發者不會因為傳入是int還是Integer呼叫哪個方法困惑，但是由於自動裝箱和拆箱的引入，處理過載方法時稍微有點複雜。一個典型的例子就是ArrayList的remove方法，它有remove(index)和remove(Object)兩種過載，我們可能會有一點小小的困惑，其實這種困惑是可以驗證並解開的，通過下面的例子我們可以看到，當出現這種情況時，不會發生自動裝箱操作。

public void test(int num){
    System.out.println("method with primitive argument");

}

public void test(Integer num){
    System.out.println("method with wrapper argument");

}

//calling overloaded method
AutoboxingTest autoTest = new AutoboxingTest();
int value = 3;
autoTest.test(value); //no autoboxing 
Integer iValue = value;
autoTest.test(iValue); //no autoboxing

Output:
method with primitive argument
method with wrapper argument

要注意的事項

自動裝箱和拆箱可以使程式碼變得簡潔,但是其也存在一些問題和極端情況下的問題，以下幾點需要我們加強注意。

物件相等比較

這是一個比較容易出錯的地方，”==“可以用於原始值進行比較，也可以用於物件進行比較，當用於物件與物件之間比較時，比較的不是物件代表的值，而是檢查兩個物件是否是同一物件，這個比較過程中沒有自動裝箱發生。進行物件值比較不應該使用”==“，而應該使用物件對應的equals方法。看一個能說明問題的例子。

public class AutoboxingTest {

    public static void main(String args[]) {

        // Example 1: == comparison pure primitive – no autoboxing
        int i1 = 1;
        int i2 = 1;
        System.out.println("i1==i2 : " + (i1 == i2)); // true

        // Example 2: equality operator mixing object and primitive
        Integer num1 = 1; // autoboxing
        int num2 = 1;
        System.out.println("num1 == num2 : " + (num1 == num2)); // true

        // Example 3: special case - arises due to autoboxing in Java
        Integer obj1 = 1; // autoboxing will call Integer.valueOf()
        Integer obj2 = 1; // same call to Integer.valueOf() will return same
                            // cached Object

        System.out.println("obj1 == obj2 : " + (obj1 == obj2)); // true

        // Example 4: equality operator - pure object comparison
        Integer one = new Integer(1); // no autoboxing
        Integer anotherOne = new Integer(1);
        System.out.println("one == anotherOne : " + (one == anotherOne)); // false

    }

}

Output:
i1==i2 : true
num1 == num2 : true
obj1 == obj2 : true
one == anotherOne : false

值得注意的是第三個小例子，這是一種極端情況。obj1和obj2的初始化都發生了自動裝箱操作。但是處於節省記憶體的考慮，JVM會快取-128到127的Integer物件。因為obj1和obj2實際上是同一個物件。所以使用”==“比較返回true。

容易混亂的物件和原始資料值

另一個需要避免的問題就是混亂使用物件和原始資料值，一個具體的例子就是當我們在一個原始資料值與一個物件進行比較時，如果這個物件沒有進行初始化或者為Null，在自動拆箱過程中obj.xxxValue，會丟擲NullPointerException,如下面的程式碼

private static Integer count;

//NullPointerException on unboxing
if( count <= 0){
  System.out.println("Count is not started yet");
}

快取的物件

這個問題就是我們上面提到的極端情況，在Java中，會對-128到127的Integer物件進行快取，當建立新的Integer物件時，如果符合這個這個範圍，並且已有存在的相同值的物件，則返回這個物件，否則建立新的Integer物件。

在Java中另一個節省記憶體的例子就是字串常量池,感興趣的同學可以瞭解一下。

生成無用物件增加GC壓力

因為自動裝箱會隱式地建立物件，像前面提到的那樣，如果在一個迴圈體中，會建立無用的中間物件，這樣會增加GC壓力，拉低程式的效能。所以在寫迴圈時一定要注意程式碼，避免引入不必要的自動裝箱操作。

如想了解垃圾回收和記憶體優化，可以檢視本文Google IO：Android記憶體管理主題演講記錄

總的來說，自動裝箱和拆箱著實為開發者帶來了很大的方便，但是在使用時也是需要格外留意，避免引起出現文章提到的問題。