Java 自动装箱、拆箱引起的耗时

耗时问题

在说 Java 的自动装箱和自动拆箱之前，我们先看一个例子。

这个错误我在项目中犯过(尴尬)，拿出来共勉！

private static long getCounterResult() {
    Long sum = 0L;
    final int length = Integer.MAX_VALUE;
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        sum += i;
    }

    return sum;
}

public static void main(String[] args) {
    long startCountTime = System.currentTimeMillis();
    long result = getCounterResult();
    long endCountTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("result = " + result + ", and take up time : " + (endCountTime - startCountTime) / 1000 + "s");
}

在我的电脑(macOS 64位系统，配置较高)，打印结果如下：

1	result = 2305843005992468481, and take up time : 12s

居然使用了 12s，是可忍叔不可忍，再正常不过的代码怎么会耗时这么久呢？如果在配置差一点的电脑上运行耗时会更久(惊呆了.jpg)。

我们不妨先阅读下面的内容，再来分析、解决上述耗时的问题。

基本概念

自从 jdk1.5 之后就有了自动装箱(Autoboxing)和自动拆箱(AutoUnboxing)。

自动装箱，就是 Java 自动将原始(基本)类型转换成对应的封装器(对象)类型的过程，比如将 int 的变量转换成 Integer 对象，这个过程叫做装箱。

自动拆箱，就是 Java 自动将封装器(对象)类型转换成基本类型的过程，如将 Integer 对象转换成 int 类型值，这个过程叫做拆箱。

之所以称之为自动装箱和拆箱，是因为这些操作并非人工(程序猿)操作的，而是 Java 自带的一个特性。

下表是 Java 中的基本类型和对应的封装类型的对应表：

自动装箱示例：

1 2	int a = 3; Integer b = a;

自动拆箱示例：

1 2	Integer b = new Integer(7); int a = b;

Integer/int 自动拆箱和装箱

下面这段代码是 Integer 的源码中 valueOf 方法。

/**
 * Returns an {@code Integer} instance representing the specified
 * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not
 * required, this method should generally be used in preference to
 * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely
 * to yield significantly better space and time performance by
 * caching frequently requested values.
 *
 * This method will always cache values in the range -128 to 127,
 * inclusive, and may cache other values outside of this range.
 *
 * @param  i an {@code int} value.
 * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}.
 * @since  1.5
 */
public static Integer valueOf(int i) {
	  // 如果i的值大于-128小于127则返回一个缓冲区中的一个Integer对象
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        
    // 否则返回 new 一个Integer 对象
    return new Integer(i);
}

我们在执行下面的这句代码，如下：

1	Integer i = 100;

上面的代码等同于下面的代码：

1	Integer i = Integer.valueOf(100);

结合上面的源码可以看出来，如果数值在 [-128，127] 之间(双闭区间)，不会重新创建 Integer 对象，而是从缓存中(常量池)直接获取，从常量池中获取而不是堆栈操作，读取数据要快很多。

我们再来看一下常见的基础面试题(请给出打印结果)，如下:

public static void main(String[] args) {
	// ⓵
	Integer a = new Integer(121);
	Integer b = new Integer(121);
	System.out.println(a == b);
	
	// ⓶
	Integer c = 121;
	Integer d = 121;
	System.out.println(c == d);
	
	// ⓷
	Integer e = 129;
	Integer f = 129;
	System.out.println(e == f);
	
	// ⓸
	int g = 50;
	Integer h = new Integer(50);
	System.out.println(g == h);
}

分析结果：

⓵: false, 两个对象进行比较分别指向了不同堆内存
⓶: true, 自动装箱且数值在 [-128，127] 之间(双闭区间)
⓷: false, 自动装箱且数值不在 [-128，127] 之间(双闭区间)
⓸: true, 自动拆箱且数值在 [-128，127] 之间(双闭区间)

解析耗时问题

类 Long 对应的也有一个 valueof 方法，源码如下：

public static Long valueOf(long l) {
	final int offset = 128;
	if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache
	    return LongCache.cache[(int)l + offset];
	}
	return new Long(l);
}

这个和 Integer 的很像，道理上面说过，这里不再赘述。

在开篇的例子中，getCounterResult 方法有下面这句代码，如下：

1	Long sum = 0L;

很明显我们声明了一个 Long 的对象 sum，由于自动装箱，这句代码并没有语法上面的错误，编译器当然也不会报错。上面代码等同于如下代码：

1	Long sum = Long.valueof(0);

在 for 循环中，超过 [-128，127] 就会创建新的对象，这样不断的创建对象，不停的申请堆内存，程序执行自然也就比较耗时了。

修改一下代码，如下：

private static long getCounterResult() {
    // 修改为普通的基本类型数据
    long sum = 0L;
    final int length = Integer.MAX_VALUE;
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        sum += i;
    }

    return sum;
}

public static void main(String[] args) {
    long startCountTime = System.currentTimeMillis();
    long result = getCounterResult();
    long endCountTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("result = " + result + ", and take up time : " + (endCountTime - startCountTime) / 1000 + "s");
}

执行时间大大缩短。

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