图解Java数组的内存分布

我们知道，访问数组元素要通过数组索引，如：

arr[0]

如果直接访问数组，比如：

int[] arr1 = {1};
System.out.println(arr1);

会发生什么呢？

打印的是一串奇怪的字符串：[I@16b98e56。

这个字符串是Java在打印对象时的特殊输出，包含如下三部分信息：

• 对象类型，如上图的[符号表示是数组类型，I表示整形数组
• @是分隔符，没有实际意义
• 16b98e56是堆内存地址，通过这个变量找到数组后，才能对其进行访问和修改

也就是说，数组变量存储的不是数组，而是一个地址，这个地址指向了哪里呢？

要回答这个问题，首先要了解下Java的内存分布原理。

一，Java的内存分布

1，Java虚拟机内存划分

Java将虚拟机内存分为如下几个区域：

• 本地方法栈
• 寄存器
• 堆
• 虚拟机栈
• 方法区/元空间

这样需要注意的是：从JDK8开始，Java取消了方法区，将方法区拆分到堆区、堆外区、元空间，增加一个元空间区，同时增加了堆外内存的使用。

JDK8前的内存分布：

JDK8的内存分布：

2，基本类型和引用类型的内存分布差异

特别来看下堆和栈，这是最为核心、重要的两个内存区域：

根据堆栈知识来理解下基本类型和引用类型的不同，这两种类型的变量值都存储在栈内存，但变量值本身的意义有较大的区别：

• ①基本类型变量的值直接存储在栈内存，不涉及堆内存
• ②引用类型变量的值在栈内存存储的是对象的地址，指向对象在堆内存的地址

基本类型变量的内存分布(仅涉及栈内存)：

引用类型变量的内存分布(涉及栈和堆)：

二，一个数组的内存分布

对于如下代码：

int[] arr = new int[2];
sout(arr);
sout(arr[0]);
sout(arr[1]);

逐行解释如上代码：

第一行代码声明并初始化一个数组arr，Jvm会做两件事：

• ①在栈内存分配一块内存，存储数组对象地址
• ②在堆内心分配一块内存，存储数组元素

第二行代码打印数组地址

第三行代码访问数组第一个元素，Jvm会根据栈内存中数组变量存储的地址，找到堆内存中数组对象，访问并读取第一个元素，然后打印

第四行代码和第三行作用相同，不同的是读取的是第二个元素

三，两个或多个不同数组的内存分布

当我们创建两个或两个以上的不同数组时，如图所示，会在栈内存中创建两个变量，这两个变量存储两个不同的堆内存地址，指向堆中不同的两个内存区域，存放着不同的两个数组对象：

当我们打印这两个数组变量时：

System.out.println(arr);
System.out.println(arr2);

输出的地址不相，分别是：[I@0x110fa7f48 和 [I@0xbec966a

三，两个变量指向同一个数组的内存分布

int[] arr1 = {11,22};
int[] arr2 = arr1;
sout(arr1);
sout(arr2);
sout(arr1[0]);
sout(arr2[0]);
arr2 = new int[]{11, 22}

逐行解释如上代码：

第一行代码声明并初始化一个数组arr1，Jvm做两件事：

• ①在栈内存分配一块内存，存储数组对象地址
• ②在堆内心分配一块内存，存储数组元素

第二行代码声明并初始化一个数组arr2，Jvm做两件事：

• ①在栈内存分配一块内存
• ②将arr1变量的值复制给arr2

此时，变量arr1和arr2指向了同一块堆内存。

执行第三行和第四行代码：

sout(arr1);
sout(arr2);

会打印两个一样的值：[I@0x0011。

第五行代码访问数组arr1第一个元素，Jvm会根据栈内存中数组变量存储的地址，找到堆内存中数组对象，访问并读取第一个元素，然后打印。

第六行代码访问数组arr2第一个元素，因为arr1和arr2指向同一个数组，所以打印结果和第五行一致。

接下来，请大家思考，执行第七行代码arr2 = new int[]{11, 22}后，会出现什么情况呢？

尽管这个数组的元素个数、值都和arr1一致，但是Jvm还是会在堆区创建一个新的数组，并将arr2的值覆盖为新的数组对象的地址：

如果再次执行第三行和第四行代码：

sout(arr1);
sout(arr2);

打印的结果就不再相同了，分别是[I@0x33bab和[I@0x453fe。

五，结论

• ①数组变量分配在栈内存，存储的是对象地址，这个地址指向堆内存
• ②数组对象(数组大小、所有数组元素)本身存储在堆内存中
• ③访问和修改数组要通过数组变量存储的地址，找到数组对象，然后访问和修改其中的元素值
• ④如果两个数组变量指向同一个数组对象，则通过变量访问的是同一个对象。如果之后其中一个数组指向另一个对象，通过这两个变量访问的就不再是同一个对象了