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从字节码角度分析装箱和拆箱

装箱和拆箱是Java中提供的两个有用的语法糖。

装箱是指将基本数据类型自动转换为它的包装器类型。如int到Integer的转换。

拆箱是指将包装器类型转换为对应的基本数据类型。如Integer到int的转换。

以下是一个例子:

Integer num1 = 1000;
int num2 = num1;
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其中num1是一个Integer类型的对象,这里对它的赋值操作就是一个装箱的过程。

num2是一个基本类型int的变量,用num1给它赋值就是一个拆箱的过程。

二.拆箱和装箱的字节码实现

下面我们从字节码的角度看一下装箱和拆箱是如何实现的吧。

那么如何获取到Java代码的字节码呢?其实我们在使用javac对Java源代码进行编译后得到的class文件就是其字节码文件。

但是这个class文件是二进制形式存在的,是无法直接阅读的。所以还需要另外一个命令 javap帮我们把class文件解析为可读的形式

我们将以下代码保存在 test.java 文件中(这里省略了类目、main方法等):

Integer num1 = 1000;
int num2 = num1;
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javap 命令的使用然后用javac进行编译,再用 javap -v 进行反编译。javap加上-v参数可以看到较为全面的信息。

javac test.java
javap -v test
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使用 javap反编译 后,我们可以得到如下结果:

0: sipush        1000
         3: invokestatic  #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
         6: astore_1
         7: aload_1
         8: invokevirtual #3// Method java/lang/Integer.intValue:()I
        11: istore_2
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这里的反编译结果包含6条字节码指令,弄懂了这些指令,也就清楚了一个普通的拆箱和装箱的实现原理。

由于这些指令对应着在栈帧上的各种操作,我们首先回顾一下栈帧的概念。

栈帧回顾

相信大家对Java运行时数据区域中的 Java虚拟机栈 不会陌生。

每一个Java方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出找的过程。

而在方法的执行过程就是在栈帧上进行各种操作。

这里我们主要关注栈帧中的操作数栈和局部变量表。

从字节码角度分析装箱和拆箱

指令执行分析

下面我们详细分析下上述6条指令的执行过程。

Java代码

Integer num1 = 1000;
int num2 = num1;
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对应字节码

0: sipush        1000
         3: invokestatic  #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
         6: astore_1
         7: aload_1
         8: invokevirtual #3// Method java/lang/Integer.intValue:()I
        11: istore_2
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第一句:sipush 1000

sipush 是一个入栈操作,表示把short类型的数字放入栈帧中。执行完这句后栈帧的情况如下:

从字节码角度分析装箱和拆箱

可以看到1000这个数字被放到了操作数栈里。

第二句:invokestatic #2

这一句是调用一个static方法。

那么具体调用的是哪个方法呢?

可以看到后面还有一个#2参数。这个#2可以理解为常量池的一个索引。

我们使用javap -v命令除了输出了上述代码对应的字节码外。还有一个重要的部分是常量池。

本次反编译的常量池如下图所示:

从字节码角度分析装箱和拆箱

可以看到索引为#2的位置,存储的是一个方法描述符,其实可以直接看到后面的注释,这个方法就是Integer.valueOf方法。

关于常量池这里不再多说,大家暂时知道这回事就行。

回到我们的主题。我们现在知道了invokestatic #2这句指令调用的是Integer.valueOf方法,那么入参是谁呢?

还记得上一条指令干了什么事吗?

对。就是把1000这个数字放到操作数栈的栈顶。栈顶的这个数字1000其实就是Integer.valueOf的入参。

Integer.valueOf的返回值是一个Integer对象。执行完这条指令后,1000出栈,得到的结果Integer对象入栈。这个Integer对象就是我们Java代码里的num1。

这时,栈帧的情况如下:

从字节码角度分析装箱和拆箱
第三句:astore_1

这句表示把操作数栈的栈顶元素弹出,放到局部变量表下标为1的位置。

执行之后的结果如下:

从字节码角度分析装箱和拆箱

到这一句执行完,Java代码中的Integer num1 = 1000,就算执行完了。

装箱结论

前三句字节码,完成了装箱的操作。通过上述分析,我们知道 了整型的装箱就是调用Integer.valueOf方法实现的。

对于其它的数据类型都是类似的。

后三句字节码对应int num2 = num1的过程。

第四句:aload_1表示将局部变量表位置为1的元素,压入操作数栈。

这一句执行后结果如下。

从字节码角度分析装箱和拆箱
第五句:invokevirtual #3

和第二句化invokestatic类似,这一句也是对方法的调用执行。

只不过这里调用的是一个示例方法。

参加第二句分析时给出的常量池情况,这里调用的方法是Integer的intValue方法。

操作数是上一步压栈的Integer对象。

执行后结果如下:

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第六句:istore_2

将操作数栈的元素存入局部变量表第二个位置。

从字节码角度分析装箱和拆箱

到这里就执行完了int num2 = num1

最后局部变量表的1和2的位置就分别存着num1和num2。

拆箱结论

通过后三句字节码的分析我们知道了,Integer类型的拆箱是使用Integer.intValue实现的。

对于其它的包装器类型也是类似的。

三.本文小结

本文介绍了装箱和拆箱的含义。然后通过javap命令拿到了装拆箱的字节码实现。并一句句地分析了这些字节码。

最后得出了对于整数类型,装箱是使用Integer.valueOf方法、拆箱是使用Integer.intValue方法来实现的结论。

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从字节码角度分析装箱和拆箱
原文  https://juejin.im/post/5e107f7ee51d4540fa49eb1c
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