Java 引用类型与基本类型

在 Java 性能优化中，内存管理是一个要优先考虑的关键因素。而说到内存分配，就必然会涉及到基本类型和引用类型。

名词定义

所谓基本类型，就是 Java 语言中如下 8 种内置类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double。而引用类型就是那些可以通过 new 来创建对象的类型（基本上都派生自 Object）。

两种类型的存储方式

这两种类型的差异，首先体现在存储方式上。在 Java 中，引用类型的对象存储在堆（Heap）上；而基本类型的值存储在栈（Stack）上。

堆和栈的性能差异

堆和栈在性能方面差别很大。堆相对进程来说是全局的，能够被所有线程访问；而栈是线程局部的，只能本线程访问。

由于堆是所有线程共有的，从堆里申请内存要进行相关的加锁操作，因此申请堆内存的复杂度和时间开销比栈要大很多；从栈里申请内存，虽然又简单又快，但是栈的大小有限，分配不了太多内存。

为什么这样设计

James Gosling 设计 Java 时，把各种东西都放置到栈中显然不现实：一来栈是线程私有的（不便于共享），二来栈的大小是有限的，三来栈的结构也间接限制了它的用途。而都放堆里面，申请堆内存需要加锁，开销太大。如果仅仅在函数中写一个简单的 int n = 0，也要到堆里面去分配内存，性能就会很差。

最终的折中方案：把类型分为基本类型和引用类型；引用类型（Object 派生）的对象存放到堆里面；把基本类型（非 Object 派生）的值存放到栈里面。从 Java 语法上也可以看出两者的差别：引用类型可以用 new 创建对象；而基本类型则不需要用 new 来创建。

这样设计的弊端

这个折中决策带来了一些深远影响：

由于基本类型不是派生自 Object，因此不能算是纯粹的对象，使 Java 的"纯面向对象"招牌打了折扣。
出于某些场合（比如容器类）的考虑，不得不为每个基本类型加上对应的包装类（比如 Integer、Byte 等），使语言变得有点冗余。

结论

使用 new 创建对象的开销不小，在程序中能避免就应该尽量避免。另外，使用 new 创建对象，不光创建时开销大，将来垃圾回收时销毁对象也是有开销的。

参考：

原始类型和封装类

原始类型	封装类
boolean	Boolean
char	Character
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double

引用类型与基本类型的行为差异

引用类型和原始类型的行为完全不同。例如，假定一个方法中有两个局部变量，一个变量为 int 原始类型，另一个变量是对一个 Integer 对象的对象引用：

int i = 5;                   // 原始类型
Integer j = new Integer(10); // 对象引用

原始类型 int 和对象引用各占堆栈的 32 位。Integer 对象的堆栈项并不是对象本身，而是一个对象引用。Java 中的所有对象都要通过对象引用访问，对象引用是指向对象存储所在堆中某个区域的指针。

引用类型和原始类型具有不同的特征和用法，包括大小和速度问题、存储结构差异，以及作为实例变量时的缺省值差异。对象引用实例变量的缺省值为 null，而原始类型实例变量的缺省值与它们的类型有关。

不能对原始类型调用方法，但可以对对象调用方法：

int j = 5;
j.hashCode();  // 编译错误

Integer i = new Integer(5);
i.hashCode();  // 正确

混合使用原始类型和对象也可能导致与赋值有关的意外结果。例如：

import java.awt.Point;

class Assign {
    public static void main(String args[]) {
        int a = 1;
        int b = 2;
        Point x = new Point(0, 0);
        Point y = new Point(1, 1);

        System.out.println("a is " + a);
        System.out.println("b is " + b);
        System.out.println("x is " + x);
        System.out.println("y is " + y);
        System.out.println("Performing assignment and setLocation...");

        a = b;
        a++;
        x = y;             // x 和 y 指向同一个对象
        x.setLocation(5, 5); // 修改了 x 也修改了 y

        System.out.println("a is " + a);
        System.out.println("b is " + b);
        System.out.println("x is " + x);
        System.out.println("y is " + y);
    }
}

输出结果：

a is 1
b is 2
x is java.awt.Point[x=0,y=0]
y is java.awt.Point[x=1,y=1]
Performing assignment and setLocation...
a is 3
b is 2
x is java.awt.Point[x=5,y=5]
y is java.awt.Point[x=5,y=5]

a = b 后修改 a 不影响 b（值拷贝）；而 x = y 后修改 x 同时影响了 y（引用拷贝，两者指向同一个对象）。

名词定义#

两种类型的存储方式#

堆和栈的性能差异#

为什么这样设计#

这样设计的弊端#

结论#

原始类型和封装类#

引用类型与基本类型的行为差异#