Java 原始类型与包装类对比

1. 简介

本篇文章我们来聊一聊 Java 中原始类型（primitive types）和其对应的包装类（wrapper classes）各自的优劣，帮助你在实际开发中做出更合理的选择。

2. Java 类型系统

Java 的类型系统可以分为两类：

原始类型：如 int、boolean 等
引用类型：如 Integer、Boolean 等

每个原始类型都对应一个包装类。包装类是不可变（immutable）且被声明为 final 的，这意味着它们一旦创建就不能被修改，也不能被继承。

Java 在某些场景下会自动在原始类型和包装类之间进行转换，比如：

Integer j = 1;          // 自动装箱（autoboxing）
int i = new Integer(1); // 自动拆箱（unboxing）

自动装箱：将原始类型转换为包装类
自动拆箱：将包装类转换为原始类型

3. 优劣分析

选择原始类型还是包装类，通常取决于以下几个因素：

应用性能需求
可用内存大小
是否需要处理默认值

如果你不关心这些细节，那可以忽略它们，但了解它们有助于写出更高效的代码。

3.1. 单个变量的内存占用

以下是常见原始类型的理论内存占用（bit）：

boolean – 1 bit
byte – 8 bits
short, char – 16 bits
int, float – 32 bits
long, double – 64 bits

⚠️ 实际上，由于 JVM 实现的不同，这些值可能有所偏差。例如 Oracle JVM 中 boolean 实际上是按 int 存储的，占用 32 bits。

原始类型变量存储在 栈（stack） 上，访问速度快。

而包装类是对象，存储在 堆（heap） 上，访问速度相对较慢，且有额外的内存开销。

在以下 JVM 环境下测试：

java 10.0.1 2018-04-17
Java(TM) SE Runtime Environment 18.3 (build 10.0.1+10)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 18.3 (build 10.0.1+10, mixed mode)

使用 Java Object Layout (JOL) 工具可以查看对象的内部结构。测试结果如下：

Boolean – 128 bits
Byte – 128 bits
Short, Character – 128 bits
Integer, Float – 128 bits
Long, Double – 192 bits

✅ 一个 Boolean 对象占用的内存相当于 128 个 boolean 原始变量，而一个 Integer 对象相当于 4 个 int 原始变量。

3.2. 数组的内存占用

当我们创建数组时，情况变得更有趣。

下面是不同类型数组的内存占用随元素数量变化的图表：

可以看到，原始类型数组在内存占用上被分为四组：

long, double: m(s) = 128 + 64 * s
short, char: m(s) = 128 + 64 * [s/4]
byte, boolean: m(s) = 128 + 64 * [s/8]
其他类型: m(s) = 128 + 64 * [s/2]

其中 [] 表示向上取整。

⚠️ 意外的是，原始类型 long 和 double 的数组比其包装类 Long 和 Double 占用更多内存。

✅ 除 long 和 double 外，单元素原始类型数组通常比包装类数组更占内存。

3.3. 性能对比

Java 代码的性能受多种因素影响：

硬件
编译器优化
JVM 状态
系统中其他进程的活动

原始类型存储在栈上，访问速度快；而包装类在堆上，访问较慢。

我们用 JMH 做了一个简单测试：创建一个 500 万个元素的数组，查找最后一个不同的元素。

while (!pivot.equals(elements[index])) {
    index++;
}

结果如下图所示：

✅ 即使是简单的查找操作，原始类型也明显比包装类快。

对于加法、乘法、除法等更复杂的操作，性能差距会更大。

3.4. 默认值处理

原始类型的默认值：
- 数值型：0（如 0, 0.0d）
- boolean：false
- char：\u0000
包装类的默认值：null

⚠️ 这意味着原始类型只能表示其类型域内的值，而包装类可以为 null —— 这可能带来空指针风险。

虽然不建议使用未初始化的变量，但在某些场景下，我们可能需要在后续赋值。

如果原始类型变量值为默认值（如 0），需要额外判断是否真的初始化过。
而包装类变量为 null 时，一眼就能看出未初始化。

4. 使用建议

✅ 原始类型性能更好、内存占用更小，优先使用原始类型。

但是，Java 的泛型、集合类（如 List<Integer>）和反射 API 都不支持原始类型，必须使用包装类。

如果你的应用需要处理大量数据，建议：

使用原始类型数组
尽量避免使用包装类集合（除非必须）

5. 总结

本文展示了 Java 中原始类型和包装类在性能和内存方面的差异：

原始类型：速度快、内存小
包装类：功能丰富、但开销大

在性能敏感的场景中，优先使用原始类型；在需要泛型或集合时，使用包装类。

如需查看文中代码示例，可以访问我们的 GitHub 仓库。

Persistence

REST

Security