2.7 数据类型

2.7.1 基本数据类型

虽然Java 是面向对象编程语言，一切皆是对象，但是为了兼容人类根深蒂固的数据处理习惯，加快常规数据的处理速度，提供了9 种基本数据类型，它们都不具备对象的特性，没有属性和行为。基本数据类型是指不可再分的原子数据类型，内存中直接存储此类型的值，通过内存地址即可直接访问到数据，并且此内存区域只能存放这种类型的值。Java 的9 种基本数据类型包括boolean、byte、char、short、int、long、float、double 和refVar。前8 种数据类型表示生活中的真假、字符、整数和小数，最后一种refVar 是面向对象世界中的引用变量，也叫引用句柄。本书认为它也是一种基本数据类型。前8 种都有相应的包装数据类型，除char 的对应包装类名为Character，int 为Integer 外，其他所有对应的包装类名就是把首字母大写即可。这8种基本数据类型的默认值、空间占用大小、表示范围及对应的包装类等信息如表2-4所示。

默认值虽然都与0 有关，但是它们之间是存在区别的。比如，boolean 的默认值以0 表示的false，JVM 并没有针对boolean 数据类型进行赋值的专用字节码指令，boolean flag = false 就是用ICONST_0，即常数0 来进行赋值；byte 的默认值以一个字节的0 表示，在默认值的表示上使用了强制类型转化；float 的默认值以单精度浮点数0.0f 表示，浮点数的0.0 使用后缀f 和d 区别标识；char 的默认值只能是单引号的'\u0000'表示NUL，注意不是null，它就是一个空的不可见字符，在码表中是第一个，其码值为0，与'\n' 换行之类的不可见控制符的理解角度是一样的。注意，不可以用双引号方式对char 进行赋值，那是字符串的表示方式。在代码中直接出现的没有任何上下文的0 和0.0 分别默认为int 和double 类型，可以使用JDK10 的类型推断证明：var a=0; Long b=a; 代码编译出错，因为在自动装箱时，0 默认是int 类型，自动装箱为Integer，无法转化为Long 类型。

表2-4 基本数据类型

所有数值类型都是有符号的，最大值与最小值如表2-4 所示。因为浮点数无法表示零值，所以表示范围分为两个区间：正数区间和负数区间。表2-4 中的float 和double 的最小值与最大值均指正数区间，它们对应的包装类并没有缓存任何数值。

引用分成两种数据类型：引用变量本身和引用指向的对象。为了强化这两个概念的区分，本书把引用变量（Reference Variable）称为refVar，而把引用指向的实际对象（Referred Object）简称为refObject。

refVar 是基本的数据类型，它的默认值是null，存储refObject 的首地址，可以直接使用双等号== 进行等值判断。而平时使用refVar.hashCode() 返回的值，只是对象的某种哈希计算，可能与地址有关，与refVar 本身存储的内存单元地址是两回事。作为一个引用变量，不管它是指向包装类、集合类、字符串类还是自定义类，refVar 均占用4B空间。注意它与真正对象refObject 之间的区别。无论refObject 是多么小的对象，最小占用的存储空间是12B（用于存储基本信息，称为对象头），但由于存储空间分配必须是8B 的倍数，所以初始分配的空间至少是16B。

一个refVar 至多存储一个refObject 的首地址，一个refObject 可以被多个refVar存储下它的首地址，即一个堆内对象可以被多个refVar 引用指向。如果refObject 没有被任何refVar 指向，那么它迟早会被垃圾回收。而refVar 的内存释放，与其他基本数据类型类似。

基本数据类型int 占用4 个字节，而对应的包装类Integer 实例对象占用16 个字节。这里可能会有人问：Integer 里边的代码就只占用16B ？这是因为字段属性除成员属性int value 外，其他的如MAX_VALUE、MIN_VALUE 等都是静态成员变量，在类加载时就分配了内存，与实例对象容量无关。此外，类定义中的方法代码不占用实例对象的任何空间。IntegerCache 是Integer 的静态内部类，容量占用也与实例对象无关。由于refObject 对象的基础大小是12B，再加上int 是4B，所以Integer 实例对象占用16B，按此推算Double 对象占用的存储容量是24B，示例代码如下：

​class RefObjDemo {​

​ // 对象头最小占用空间12 个字节（第1 处）​

​​​

​ // 下方4 个byte 类型分配后，对象占用大小是16 个字节​

​ byte b1;​

​ byte b2;​

​ byte b3;​

​ byte b4;​

​​​

​ // 下方每个引用变量占用是4 个字节，共20 个字节​

​ Object obj1;​

​ Object obj2;​

​ Object obj3;​

​ Object obj4;​

​ Object obj5;​

​​​

​ // RefObjOther 实例占用空间并不计算在本对象内，依然只计算引用变量大小4个字节​

​ RefObjOther o1 = new RefObjOther();​

​ RefObjOther o2 = new RefObjOther();​

​​​

​ // 综上，RefObjDemo 对象占用：12B + (1B×4) + (4B×5) + (4B×2) = 44 个字节​

​ // 取8 的倍数为48 个字节​

​}​

​​​

​class RefObjOther {​

​ // double 类型占用8 个字节，但此处是数组引用变量​

​ // 所以对象头12B + 4B = 16B，并非是8012 个字节​

​ // 这个数组引用的是double[] 类型，指向实际分配的数组空间首地址​

​ // 在new 对象时，已经实际分配空间​

​ double[] d = new double[1000];​

​}​

在上述示例代码中，第1 处提到的对象头最小占用空间为12 个字节，其内部存储的是什么信息呢？下面来分析其内部结构，如图2-10 所示，对象分为三块存储区域。

图2-10 对象头的内部结构

（1）对象头（Object Header）

对象头占用12 个字节，存储内容包括对象标记（markOop）和类元信息（klassOop）。对象标记存储对象本身运行时的数据，如哈希码、GC 标记、锁信息、线程关联信息等，这部分数据在64 位JVM 上占用8 个字节，称为“Mark Word”。为了存储更多的状态信息，对象标记的存储格式是非固定的（具体与JVM 的实现有关）。类元信息存储的是对象指向它的类元数据（即Klass）的首地址，占用4 个字节，与refVar 开销一致。

（2）实例数据（Instance Data）

存储本类对象的实例成员变量和所有可见的父类成员变量。如Integer 的实例成员只有一个private int value，占用4 个字节，所以加上对象头为16 个字节；再如，上述示例代码的RefObjDemo 对象大小为48 个字节，一个子类RefObjSon 继承RefObjDemo，即使子类内部是空的，new RefObjSon 的对象也是占用48 个字节。

（3）对齐填充（Padding）

对象的存储空间分配单位是8 个字节，如果一个占用大小为16 个字节的对象，增加一个成员变量byte 类型，此时需要占用17 个字节，但是也会分配24 个字节进行对齐填充操作。