包装类这颗语法糖，其实并不甜

最新推荐文章于 2024-08-09 18:00:00 发布

苦味代码

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分类专栏：苦味Java 文章标签： java 开发语言

本文链接：https://blog.csdn.net/DD_Dddd/article/details/125092617

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本文探讨了Java包装类在实际使用中可能出现的问题，包括与基本类型的相等性判断差异、性能下降、不易察觉的错误及令人困惑的API设计。文章通过实例展示了包装类可能导致的不一致行为，强调了避免不必要的对象创建以提高性能，并提供了最佳实践建议，如在特定场景下使用包装类或基本类型。

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包装类在Java 5中和泛型一起引入，引入包装类的原因有两点：

解决无法创建基本类型泛型集合的问题
加入对基本类型为null这个语义的支持

并提供boxing和unboxing的语法糖，让编译器支持基本类型和包装类的自动转化，减少开发者的工作量。但是经常有同学因为误用包装类导致惨烈的线上问题，在使用包装类的时候务必需要注意一下四点：

与基础类截然不同的==和equals语义
糟糕的性能
不易察觉的NPE问题
令人疑惑的API设计

1. 相等还是不相等？这是个问题

比如以下代码片段

class Biziclop {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new Integer(5) == new Integer(5)); // false
        System.out.println(new Integer(500) == new Integer(500)); // false

        System.out.println(Integer.valueOf(5) == Integer.valueOf(5)); // true
        System.out.println(Integer.valueOf(500) == Integer.valueOf(500)); // false
    }
}

第一个和第二个语句返回false是比较容易理解的，因为对于Java中的对象调用=其实是在比较对象在堆上的地址，由于两个对象都是新建的，所以地址肯定不等，返回false。比较令人疑惑的是第三个语句，按照我们前面的分析，应该也返回false才对，但其实Integer.valueOf(5) == Integer.valueOf(5)比较的结果是true，这是因为JVM缓存了-128-127的整数，所以当数值在这个区间的时候，返回的对象都是同一个的。第四个语句因为数值已经不再-128-127的区间范围，所以返回了false。

上面的这几个例子都是比较经典的例子，大家比较熟悉，一般也比较难掉坑里，但是下面的几个例子就比较有迷惑性了

class Biziclop {
    	public static void main(String[] args) {
        List<Long> list = new ArrayList<>();
        list.add(Long.valueOf(200));
        System.out.println(list.contains(200)); // false
        
        Long temp = 0L;
				System.out.println(temp.equals(0)); // false
       System.out.orintln(0==0L); // true
	}
}

原因在于

public boolean equals(Object obj) {
    if (obj instanceof Long) {
      return value == ((Long)obj).longValue();
    }
    return false;
}

包装类重写了equals方法，导致包装类即便是调用equals方法比较大小，也会和基本类型出现不一致的结果。与基础类截然不同的==和equals语义经常会导致代码走到非期望的分支，再配上JVM对数字独特的缓存策略，极容易出现测试环境和正式环境不一样的运行结果。

2. 糟糕的性能

《Effective Java》中有如下的例子：

public static void main(String[] args) {
    Long sum = 0L; // uses Long, not long
    for (long i = 0; i <= Integer.MAX_VALUE; i++) {
        sum += i;
    }
    System.out.println(sum);
}

这段代码的耗时比使用基本类型long的版本慢6倍（声明变量sum 类型为 Long 的耗时是43秒，如果声明变量sum为基本类型long，则耗时6.8秒）。导致这样的原因是包装类要经过在堆上开辟内存空间，初始化，内存寻址以及数据载入寄存器的过程，性能差也就不足为奇了。因此Joshua Bloch对开发者的建议是：Avoid creating unnecessary objects.

在经典的JMH workbench上跑的包装类和基础类性能对比如下图所示：
在这里插入图片描述

可以看到与基础类相比，包装类普遍要慢不少。

图片来源地址：https://www.baeldung.com/java-primitives-vs-objects

3. 不易察觉的`NPE`

不同于基本类型，作为对象的包装类是可能为null的，这就意味着一个指向null的包装类unboxing的时候会抛出NPE异常，比如以下代码：

Integer in = null;
...
...
int i = in; // NPE at runtime

这段代码也是比较明显的，但是如果包装类遇到三元运算符，则会出现更复杂的NPE

class Biziclop {
    public static void main(String[] args) {
      Boolean b = true ? returnsNull() : false; // NPE on this line.
      System.out.println(b);
    }
  	public static Boolean returnsNull() {
    	return null;
		}
}

这跟Java中三元运算符类型的判定有关系，有一条判定规则是，

如果三元运算符的第二个或者第三个参数是基本类型T，并且另一个是相应的包装类型的话，那么三元运算符的返回类型就是这个基本类型T

所以在上面的代码中，returnsNull的返回值还要进行一次unboxing，因此抛出了NPE.

4. 令人疑惑的API

在Long这个类中，有一个api是getLong，其声明如下：


    /**
     * Determines the {@code long} value of the system property
     * with the specified name.
     */
    public static Long getLong(String nm) {
        return getLong(nm, null);
    }

这个api的作用是获取JVM中的属性值的，并且转换为Long 类型，比如：

class Biziclop {
    	public static void main(String[] args) {
        System.setProperty("22", "22");
        System.setProperty("23", "hello world!");
        System.out.println(Long.getLong("22")); // 22
        System.out.println(Long.getLong("23")); // null
        System.out.println(Long.getLong("24")); // null
		}
}