面试题：Java基本数据类型在内存中的存储及包装类应用

Question

详细阐述Java基本数据类型在内存中的存储方式（如按位存储等）。另外，以Integer包装类为例，说明自动装箱和拆箱的原理，以及在实际应用中可能会遇到的问题。

Answer 1

Java基本数据类型在内存中的存储方式

1. 整数类型：
   • byte：8位有符号整数，在内存中占1个字节。按补码形式存储，最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。例如，5的二进制表示为00000101， -5的补码为11111011。
   • short：16位有符号整数，占2个字节。同样按补码存储，原理与byte类似。
   • int：32位有符号整数，占4个字节。按补码存储。例如，10的二进制表示为00000000 00000000 00000000 00001010。
   • long：64位有符号整数，占8个字节。按补码存储。
2. 浮点类型：
   • float：32位单精度浮点数，占4个字节。遵循IEEE 754标准，分为符号位（1位）、指数位（8位）和尾数位（23位）。例如，1.5的二进制表示为0 01111111 10000000000000000000000。
   • double：64位双精度浮点数，占8个字节。同样遵循IEEE 754标准，符号位（1位）、指数位（11位）和尾数位（52位）。
3. 字符类型：
   • char：16位无符号整数，占2个字节。用于表示Unicode字符，存储的是字符的Unicode码点。例如，字符'A'的Unicode码点是65，二进制表示为00000000 01000001。
4. 布尔类型：
   • boolean：理论上占1位，但实际实现中通常占1个字节。值只有true和false。在JVM中并没有明确规定其存储方式，不同JVM实现可能不同。

自动装箱和拆箱原理（以Integer包装类为例）

1. 自动装箱：将基本数据类型转换为对应的包装类对象。例如，int转换为Integer。在Java 5.0引入自动装箱后，以下代码是合法的：

int num = 10;
Integer integerObj = num; // 自动装箱

实际上，编译器会将上述代码转换为：

int num = 10;
Integer integerObj = Integer.valueOf(num);

Integer.valueOf(int)方法会先检查值是否在IntegerCache缓存范围内（-128到127），如果在则直接返回缓存中的对象，否则创建一个新的Integer对象。

2. 自动拆箱：将包装类对象转换为基本数据类型。例如，Integer转换为int。如下代码：

Integer integerObj = new Integer(10);
int num = integerObj; // 自动拆箱

编译器会将其转换为：

Integer integerObj = new Integer(10);
int num = integerObj.intValue();

实际应用中可能遇到的问题

1. 空指针异常：在自动拆箱时，如果包装类对象为null，会抛出NullPointerException。例如：

Integer integerObj = null;
int num = integerObj; // 这里会抛出NullPointerException

2. 性能问题：频繁的自动装箱和拆箱操作会产生额外的对象创建和销毁，影响性能。例如在循环中进行装箱和拆箱操作，应尽量避免。
3. 缓存问题：由于Integer的valueOf方法使用了缓存，在比较两个Integer对象时，如果值在缓存范围内，直接使用==比较会返回true，否则返回false。而使用equals方法则是比较对象的值。例如：

Integer a = 100; // 自动装箱，100在缓存范围内
Integer b = 100;
System.out.println(a == b); // 输出true

Integer c = 200; // 自动装箱，200不在缓存范围内
Integer d = 200;
System.out.println(c == d); // 输出false
System.out.println(c.equals(d)); // 输出true