61. 基本数据类型优于包装类

Java 有一个由两部分组成的类型系统，包括基本类型（如 int、double 和 boolean）和引用类型（如 String 和 List）。每个基本类型都有一个对应的引用类型，称为包装类型。与 int、double 和 boolean 对应的包装类是 Integer、Double 和 Boolean。

正如条目 6 中提到的，自动装箱和自动拆箱模糊了基本类型和包装类型之间的区别，但不会消除它们。这两者之间有真正的区别，重要的是你要始终意识到正在使用的是哪一种，并在它们之间仔细选择。

基本类型和包装类型之间有三个主要区别。首先，基本类型只有它们的值，而包装类型具有与其值不同的标识。换句话说，两个包装类型实例可以具有相同的值和不同的标识。第二，基本类型只有全功能值，而每个包装类型除了对应的基本类型的所有功能值外，还有一个非功能值，即 null。最后，基本类型比包装类型更节省时间和空间。如果你不小心的话，这三种差异都会给你带来真正的麻烦。

考虑下面的比较器，它的设计目的是表示 Integer 值上的升序数字排序。（回想一下，比较器的 compare 方法返回一个负数、零或正数，这取决于它的第一个参数是小于、等于还是大于第二个参数。）你不需要在实际使用中编写这个比较器，因为它实现了 Integer 的自然排序，但它提供了一个有趣的例子：

// Broken comparator - can you spot the flaw?
Comparator<Integer> naturalOrder =(i, j) -> (i < j) ? -1 : (i == j ? 0 : 1);

这个比较器看起来应该可以工作，它将通过许多测试。例如，它可以与 Collections.sort 一起使用，以正确地排序一个百万元素的 List，无论该 List 是否包含重复的元素。但这个比较存在严重缺陷。要使自己相信这一点，只需打印 naturalOrder.compare(new Integer(42), new Integer(42)) 的值。两个 Integer 实例都表示相同的值 (42)，所以这个表达式的值应该是 0，但它是 1，这表明第一个 Integer 值大于第二个！

那么问题出在哪里呢？naturalOrder 中的第一个测试工作得很好。计算表达式 i < j 会使 i 和 j 引用的 Integer 实例自动拆箱；也就是说，它提取它们的基本类型值。计算的目的是检查得到的第一个 int 值是否小于第二个 int 值。但假设它不是。然后，下一个测试计算表达式 i==j，该表达式对两个对象引用执行标识比较。如果 i 和 j 引用表示相同 int 值的不同 Integer 实例，这个比较将返回 false，比较器将错误地返回 1，表明第一个整型值大于第二个整型值。将 == 操作符应用于包装类型几乎都是错误的。

在实际使用中，如果你需要一个比较器来描述类型的自然顺序，你应该简单地调用 Comparator.naturalOrder()，如果你自己编写一个比较器，你应该使用比较器构造方法，或者对基本类型使用静态比较方法（详见第 14 条）。也就是说，你可以通过添加两个局部变量来存储基本类型 int 值，并对这些变量执行所有的比较，从而修复损坏的比较器中的问题。这避免了错误的标识比较：

Comparator<Integer> naturalOrder = (iBoxed, jBoxed) -> {
    int i = iBoxed, j = jBoxed; // Auto-unboxing
    return i < j ? -1 : (i == j ? 0 : 1);
};

接下来，考虑一下这个有趣的小程序：

public class Unbelievable {
static Integer i;
public static void main(String[] args) {
    if (i == 42)
        System.out.println("Unbelievable");
    }
}

不，它不会打印出令人难以置信的东西，但它的行为很奇怪。它在计算表达式 i==42 时抛出 NullPointerException。问题是，i 是 Integer，而不是 int 数，而且像所有非常量对象引用字段一样，它的初值为 null。当程序计算表达式 i==42 时，它是在比较 Integer 与 int。在操作中混合使用基本类型和包装类型时，包装类型就会自动拆箱，这种情况无一例外。如果一个空对象引用自动拆箱，那么你将得到一个 NullPointerException。正如这个程序所演示的，它几乎可以在任何地方发生。修复这个问题非常简单，只需将 i 声明为 int 而不是 Integer。

最后，考虑条目 6 中第 24 页的程序：

// Hideously slow program! Can you spot the object creation?
public static void main(String[] args) {
    Long sum = 0L;
    for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
        sum += i;
    }
    System.out.println(sum);
}

这个程序比它预期的速度慢得多，因为它意外地声明了一个局部变量 (sum)，它是包装类型 Long，而不是基本类型 long。程序在没有错误或警告的情况下编译，变量被反复装箱和拆箱，导致产生明显的性能下降。

在本条目中讨论的所有三个程序中，问题都是一样的：程序员忽略了基本类型和包装类型之间的区别，并承担了恶果。在前两个项目中，结果是彻底的失败；第三个例子还产生了严重的性能问题。

那么，什么时候应该使用包装类型呢？它们有几个合法的用途。第一个是作为集合中的元素、键和值。不能将基本类型放在集合中，因此必须使用包装类型。这是一般情况下的特例。在参数化类型和方法（Chapter 5）中，必须使用包装类型作为类型参数，因为 Java 不允许使用基本类型。例如，不能将变量声明为 ThreadLocal<int> 类型，因此必须使用 ThreadLocal<Integer>。最后，在进行反射方法调用时，必须使用包装类型（详见第 65 条）。

总之，只要有选择，就应该优先使用基本类型，而不是包装类型。基本类型更简单、更快。如果必须使用包装类型，请小心！自动装箱减少了使用包装类型的冗长，但没有减少危险。 当你的程序使用 == 操作符比较两个包装类型时，它会执行标识比较，这几乎肯定不是你想要的。当你的程序执行包含包装类型和基本类型的混合类型计算时，它将进行拆箱，当你的程序执行拆箱时，将抛出 NullPointerException。 最后，当你的程序将基本类型装箱时，可能会导致代价高昂且不必要的对象创建。