八股文-基础知识-int和Integer有什么区别？

引言

在Java编程实践中，基本数据类型int与包装类Integer扮演着不可或缺的角色，它们间的转换与使用策略深刻影响着程序的性能与内存效率。本文旨在深入探究int与Integer的区别，涵盖其在内存占用、线程安全、自动装箱与拆箱机制等方面的表现。重点探讨Integer类中独特的值缓存策略，该策略在-128至127范围内自动缓存Integer对象，显著提升程序运行速度，减少内存开销。同时，分析Java不同版本对字符串操作的底层优化，包括JDK 9引入的Compact Strings以及JVM层面的Intrinsic机制，以及在面对性能瓶颈时，如何合理选择原始数据类型与包装类以优化代码执行效能。通过细致解读源码，我们得以洞悉Java设计者对基础类型封装背后的设计考量与实际应用场景，从而启发开发者在日常编码中做出更具针对性和高效的选择。

题目

int 和 Integer 有什么区别？

典型回答

int 是Java的原始数据类型（Primitive Type），它代表一个整数值，直接存储在内存栈中，占用固定大小的内存空间，不涉及对象的创建和销毁，效率高且内存占用小。
而 Integer 是 int 的包装类，它位于 Java 的对象层次，存储在堆内存中，每个 Integer 实例都包含一个 int 类型的字段用于存储值，并提供了一系列对象方法，如数学运算、字符串转换等。Integer 对象可以被赋予 null 值，这是原始类型 int 所不具备的。
Integer 引入了自动装箱和拆箱机制，使得它在与对象交互时更为方便。此外，Integer 提供了缓存机制，默认情况下-128到127之间的值会被缓存，重复请求时直接返回缓存对象，以提升性能。
在性能敏感场景下，直接使用 int 类型可以避免装箱和拆箱带来的额外开销。而在需要对象功能（如集合操作、线程间传递）时，Integer 更为适用。同时，Integer 类内部实现不可变，确保了线程安全和缓存的有效性。

加分项

自动装箱、拆箱

自动装箱和拆箱是Java语言的一种特性，它允许原始数据类型（如int）与对应的包装类（如Integer）之间无缝转换，无需手动实例化或强制类型转换。
自动装箱是指将原始数据类型自动转换为其对应的包装类对象的过程。例如，当你需要将一个int型变量放入需要对象类型的集合（如ArrayList）中时，Java会自动将int转换为Integer对象。

Java
1int i = 10;
2List<Integer> list = new ArrayList<>();
3list.add(i); // 自动装箱，将int转换为Integer对象放入列表

自动拆箱则是相反的过程，即自动将包装类对象转换为原始数据类型。如下例所示：

Java
1Integer objInt = new Integer(20);
2int j = objInt; // 自动拆箱，将Integer对象转换为int类型赋值给变量

值得注意的是，自动装箱和拆箱操作发生在编译阶段，Java编译器会将相应的操作转换为对包装类的valueOf()方法（装箱）和intValue()方法（拆箱）的调用。同时，Java对部分范围内的Integer对象（如-128到127）实施了缓存策略，通过valueOf()方法创建这些范围内的Integer对象时，会直接从缓存中获取，从而提高性能。
除了Integer之外，Java语言的自动装箱和拆箱机制同样适用于其他七个原始数据类型的包装类：

Boolean: 自动装箱会将布尔类型 true 和 false 转换成 Boolean.TRUE 和 Boolean.FALSE 对象，这两个实例在Java中被静态缓存，确保每次装箱都会复用同一对象。自动拆箱则是将 Boolean 对象转换回 boolean 类型的值。
Byte: 当 byte 类型的数据被赋给 Byte 引用时，会发生自动装箱。而在 Byte 对象被赋给 byte 类型变量时，自动拆箱生效。Byte类也采用了缓存机制，对于所有的 byte 可能值，均会被缓存起来。
Short: Short 类型也有类似的缓存策略，对于 -128 到 127 的 short 值，通过 Short.valueOf() 创建的 Short 对象会复用同一个实例。
Character: Character 类型的缓存范围是 ‘\u0000’ 到 ‘\u007F’，在这个范围内的字符装箱后也会得到相同的 Character 实例。
Long: Long 类型虽然默认没有像上述几个小整数类型那样的缓存机制，但在必要时也可以通过 JVM 参数 -XX:AutoBoxCacheMax=N 设置缓存范围。
Float: Float 类型支持自动装箱和拆箱，但不带有预设的缓存机制。
Double: 同样，Double 类型也支持自动装箱和拆箱，也没有内置的缓存机制。

自动装箱和拆箱需要注意什么问题？

在Java编程中使用自动装箱和拆箱功能时，有几个关键点需要注意：

性能考量：自动装箱会创建对象，对于频繁的装箱操作，尤其是超出包装类默认缓存范围的数值，会增加内存分配和垃圾回收的压力。相比之下，原始数据类型的操作更轻量级。因此，在性能敏感的场景下，避免不必要的装箱和拆箱操作，改用原始数据类型可以显著提高效率。
内存占用：包装类对象相比原始数据类型占用更多的内存，因为每个对象都包含对象头信息。在大量数据处理时，这可能导致显著的内存消耗增长。
类型转换异常：自动拆箱过程中，如果包装类对象为 null，尝试将其转换为原始类型时会抛出 NullPointerException。因此，在进行自动拆箱之前，最好先检查对象是否为 null。
不可变性：包装类如 Integer、Boolean 等是不可变的，一旦创建，其值就不能更改。这意味着，如果在多线程环境下共享这些对象，不需要担心数据竞争问题，但同时也不能通过修改对象来改变其值。
泛型兼容性：原始数据类型不能直接用于泛型，因此在使用泛型时必须使用包装类。这会间接导致装箱和拆箱操作，需要注意性能影响。
缓存机制利用：了解包装类的默认缓存范围（例如 Integer 的缓存范围是 -128 到 127），并在可能的情况下利用这一特性，可以减少对象创建。
代码可读性：虽然自动装箱和拆箱简化了代码，但过度使用可能导致代码逻辑不够直观，特别是对于不熟悉该特性的维护人员。适度的注释和清晰的命名可以帮助提高代码可读性。
平台和版本差异：虽然Java平台提供了跨平台的一致性，但不同版本的Java可能在自动装箱和拆箱的实现细节上有微小差异，特别是涉及到新的语言特性时，需要关注官方文档以了解最新情况。

源码分析：

缓存机制的引入：
1. 在Java 5中，引入了自动装箱和拆箱的特性，同时也引入了Integer类的值缓存机制。这个机制通过静态工厂方法valueOf(int i)来实现，以复用Integer对象，减少频繁创建新对象的性能开销。
默认缓存范围：
1. Integer类默认缓存了从-128到127的Integer对象。这意味着在这个范围内的任何Integer值，通过valueOf方法获取的都将是相同的对象实例。
缓存上限的调整：
1. 通过JVM的启动参数-XX:AutoBoxCacheMax=N，开发者可以根据需要调整Integer缓存的上限值。这个参数设置会影响缓存中可以存储的最大整数值。
源码中的缓存实现：
1. 在java.lang.Integer源码中，缓存的实现是通过内部类IntegerCache来完成的。这个类负责维护缓存的逻辑，包括缓存对象的创建和复用。
不可变类型的声明：
1. Integer类中存储整数值的字段被声明为private final，这确保了一旦Integer对象被创建，它的值就不能被改变，从而保证了对象的不可变性。
安全性和线程安全：
1. 不可变对象天然是线程安全的，因为它们的状态在创建后不能被更改。这对于多线程环境中的数据共享非常有用。
类和常量的定义：
1. Integer类定义了一些常量，如MAX_VALUE、MIN_VALUE、SIZE（表示int类型的大小，单位为位），这些常量在类加载时就被确定下来。
跨平台的一致性：
1. Java的设计保证了原始数据类型的大小在不同操作系统和不同架构的JVM上是一致的。这意味着开发者在进行平台迁移时，不需要担心数据类型的位数问题。
Java类型系统的局限性：
1. 原始数据类型和Java泛型系统存在局限性，例如原始数据类型不能直接作为泛型的类型参数。
Valhalla项目：
Valhalla项目是OpenJDK的一个倡议，旨在改进Java的类型系统，包括引入值类型和更高效的数据结构。