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《Effective Java》学习日志(八)61:使用原始类型而不是盒装基元

2018-12-23


学习资料主要参考: 《Effective Java Third Edition》,作者:Joshua Bloch



Java有一个由两部分组成的类型系统,由基元组成,如int,double和boolean,以及引用类型,如String和List。每个基本类型都有一个相应的引用类型,称为盒装基元。对应于int,double和boolean的盒装基元是Integer,Double和Boolean。

如第6项所述,自动装箱和自动拆箱模糊,但不删除基元和盒装基元类型之间的区别。两者之间存在着真正的差异,重要的是要始终了解自己正在使用哪种以及在它们之间谨慎选择。

基元和盒装基元之间存在三个主要差异。

首先,基元只有它们的值,而盒装基元的标识与它们的值不同。换句话说,两个盒装原始实例可以具有相同的值和不同的身份。其次,原始类型只有完全功能的值,而每个盒装基元类型除了相应原始类型的所有功能值外,还有一个非功能值,即null。最后,基元比盒装基元更具时间和空间效率。如果你不小心,这三种差异都会让你陷入困境。

考虑以下比较器,该比较器旨在表示整数值的升序数字顺序。 (回想一下,比较器的compare方法返回一个负数,零或正数,具体取决于它的第一个参数是小于,等于还是大于它的第二个参数。)你不需要在实践中编写这个比较器因为它实现了Integer的自然排序,但它有一个有趣的例子:

// 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,以正确排序百万元素列表,无论列表是否包含重复元素。但比较器存在严重缺陷。为了展示这个缺陷,只需打印naturalOrder.compare的值(new Integer(42),new Integer(42))。两个Integer实例都表示相同的值(42),因此该表达式的值应为0,但它为1,表示第一个Integer值大于第二个值!

所以有什么问题? naturalOrder中的第一个测试工作正常。评估表达式i <j会导致i和j引用的Integer实例自动取消装箱;也就是说,它提取原始值。评估继续进行以检查结果int值中的第一个是否小于第二个。但是假设它不是。然后,下一个测试将计算表达式i == j,它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,则此比较将返回false,并且比较器将错误地返回1,表示第一个Integer值大于第二个值。将==运算符应用于盒装基元几乎总是错误的。

在实践中,如果你需要一个比较器来描述一个类型的自然顺序,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,或原始的静态比较方法类型(第14项)。也就是说,您可以通过添加两个局部变量来存储与盒装的Integer参数对应的原始int值,并对这些变量执行所有比较,从而解决损坏的比较器中的问题。这避免了错误的身份比较:

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

接下来,考虑这个令人愉快的小程序:

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

不,它不打印“Unbelievable” - 但它的作用几乎同样奇怪。 在计算表达式i == 42时,它会抛出NullPointerException。 问题是我是一个Integer,而不是一个int,和所有非常量对象引用字段一样,它的初始值为null。 当程序计算表达式i == 42时,它将Integer与int进行比较。 几乎在每种情况下,当您在操作中混合基元和盒装基元时,盒装基元将自动取消装箱。 如果空对象引用是自动取消装箱的,则会出现NullPointerException。 正如该计划所示,它几乎可以在任何地方发生。 解决问题就像声明我是一个int而不是一个Integer一样简单。

最后,请考虑第6项中第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);
}

这个程序比它应该慢得多,因为它意外地声明一个局部变量(sum)是盒装基元类型Long而不是基本类型long。程序编译时没有错误或警告,并且变量被重复加框和取消装箱,导致观察到的性能下降。

在本项目讨论的所有三个程序中,问题都是相同的:程序员忽略了原语和盒装原语之间的区别,并遭受了后果。在前两个计划中,后果是完全失败;在第三,严重的性能问题。

那么什么时候应该使用盒装原语?它们有几种合法用途。第一个是集合中的元素,键和值。您不能将基元放在集合中,因此您不得不使用盒装基元。这是一个更普遍的特例。您必须在参数化类型和方法(第5章)中使用盒装基元作为类型参数,因为该语言不允许您使用基元。例如,您不能将变量声明为ThreadLocal 类型,因此您必须使用ThreadLocal 。最后,在进行反射方法调用时必须使用盒装基元(第65项)。

总之,只要有选择,就可以优先使用基元而不是盒装基元。原始类型更简单,更快捷。如果你必须使用盒装基元,小心!自动装箱减少了使用盒装基元的冗长度,但没有降低危险性。当你的程序将两个盒装基元与==运算符进行比较时,它会进行身份比较,这几乎肯定不是你想要的。当您的程序执行涉及盒装和未装箱原语的混合类型计算时,它会进行拆箱,当您的程序进行拆箱时,它会抛出NullPointerException。最后,当您的程序框原始值时,它可能导致代价高昂且不必要的对象创建。


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