JVM 知识导图—— Java 的基本类型

Java 的基本类型

Java 基本类型表

类型	值域	默认值
boolean	{false, true}	false
byte	[-128, 127]	0
short	[-32768, 32767]	0
char	[0, 65535]	'\u0000'
int	[-2^31, 2^31-1]	0
long	[-2^63, 2^63-1]	0L
float	~[-34E38, 34E38]	+0.0F
double	~[1.8E308, 1.8E308]	+0.0D

从上表中可以看出，值域方面，只有 boolean 和 char 是无符号的，byte、short、int、long、float、double 不仅有符号，而且值域范围逐渐增大。

默认值方面，不同类型有不同的表示，但在内存中都是0。

以上值域是 Java 虚拟机规范规定的，但是 boolean、byte、char、short 是有机会存储超出值域范围的数值的，这点在生成字节码时需要注意，下面从基本类型的存储和加载两方面讨论一下。

存储

基本类型的存储分成两种情况，分别是存储到栈帧中的局部变量区和存储到堆中字段或数组元素中。下面依次介绍两种情况的存储。

Java 虚拟机调用方法时会创建栈帧，局部变量区是栈帧的一部分。局部变量区的数据结构如同一个数组，数组单元的大小被定义为一个 int 占用的大小空间，在32位虚拟机上为4个字节，64位上则是8个字节。Java 中的类型存储到局部变量区中时，除了 long 和 double 用两个数组单元存储，其他基本类型和引用类型都是用一个数组单元存储。

储存到堆中字段或数组元素上时，除 boolean 外其他类型的占用空间和值域吻合，byte、char、short 分别是一字节、两字节、两字节。boolean 字段则直接占用一字节的大小，boolean 数组采用 byte 数组实现。当将多位字节类型存储到少位字节类型时，比如 int 数值存储到 short 字段上，会做掩码操作，把高位字节的值截掉，只存低位字节的值。

Java 基本类型和存储大小表

知道了基本元素的存储大小，我们可以完善下篇头的表格。

类型	值域	默认值	局部变量区中的大小	堆中字段或数组元素中的大小
boolean	{false, true}	false	同 int	1字节或用byte数组实现
byte	[-128, 127]	0	同 int	1字节
short	[-32768, 32767]	0	同 int	2字节
char	[0, 65535]	'\u0000'	同 int	2字节
int	[-2^31, 2^31-1]	0	32位虚拟机上4字节，64位上8字节	4字节
long	[-2^63, 2^63-1]	0L	32位虚拟机上8字节，64位上16字节	8字节
float	~[-34E38, 34E38]	+0.0F	同 int	4字节
double	~[1.8E308, 1.8E308]	+0.0D	同 long	8字节

加载

字节码的操作数栈也是栈帧的一部分，如果需要进行算数运算。需要先把数值加载到操作数栈上。在操作栈上，boolean、byte、char、short 会当成 int 类型运算，这些类型的加载会将数值赋值到低位字节上，对高位字节则采用扩展。如果是 boolean、char 这种无符号的，会采用零扩展，高字节用0补充。而 byte、short 则采用符号扩展，如果是非负数，高位字节会用0补充，否则用1补充。

浮点数的特点

Java 基本类型的知识点还有另外一个需要注意的地方，就是对浮点数的特殊处理，这个知识点在虽然在用 Java 编程中很少能正常触及到，但在字节码操作上还是很有用处的，下面对这个知识点详细讲解一下。

浮点类型的0有两种，以 float 为例，分别是 +0.0F 和 -0.0F。这两个值虽然使用 == 运算符返回 true，但在内存中的值并不一样。另外，用任意正浮点数除以 +0.0F 可以得到正无穷在 Java 中表示的数值，同理，用任意负浮点数除以 -0.0F 可以得到负无穷。除了正无穷和负无穷，Java 中还有 NaN（Not-a-Number）的概念，它通常通过 +0.0F / -0.0F 得到。NaN 在用比较运算符操作中有一个特点，除了 != 运算返回 true，其它的都返回 false。这个特点可能会给向量化比较带来麻烦。

总结

Java 的基本类型相关的知识中，我们需要对不同类型的默认值和值域有所了解，然后需要掌握 JVM 在存储和加载这两种对基本类型的处理上是如何操作的，最后浮点数的特殊处理也是需要掌握，为更深入的知识的学习做好铺垫。