Java基礎11 對象引用

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我們之前一直在使用“對象”這個概念，但沒有探討對象在記憶體中的具體儲存方式。這方面的討論將引出“對象引用”(object reference)這一重要概念。

 

對象引用

我們沿用之前定義的Human類，並有一個Test類:

 

public class Test{    public static void main(String[] args)    {        Human aPerson = new Human(160);                     }}class Human{       /**     * constructor     */    public Human(int h)    {        this.height = h;    }    /**     * accessor     */    public int getHeight()    {       return this.height;    }    /**     * mutator     */    public void growHeight(int h)    {        this.height = this.height + h;    }

    private int height;}

 

 

外部可以調用類來建立對象，比如上面在Test類中:

Human aPerson = new Human(160);

建立了一個Human類的對象aPerson。

上面是一個非常簡單的表述，但我們有許多細節需要深入:

1. 首先看等號的右側。new是在記憶體中為對象開闢空間。具體來說，new是在記憶體的堆(heap)上為對象開闢空間。這一空間中，儲存有對象的資料和方法。
2. 再看等號的左側。aPerson指代一個Human對象，被稱為對象引用(reference)。實際上，aPerson並不是對象本身，而是類似於一個指向對象的指標。aPerson存在於記憶體的棧(stack)中。
3. 當我們用等號賦值時，是將右側new在堆中建立對象的地址賦予給對象引用。

這裡的記憶體，指的是JVM (Java Virtual Machine)虛擬出來的Java進程記憶體空間。記憶體的堆和棧概念可參考Linux從程式到進程。

 

對象引用

 

 

棧的讀取速度比堆快，但棧上儲存的資料受到有效範圍的限制。在C語言中，當一次函數調用結束時，相應的棧幀(stack frame)要刪除，棧幀上儲存的參量和自動變數就消失了。Java的棧也受到同樣的限制，當一次方法調用結束，該方法儲存在棧上的資料將清空。在 Java中，所有的(普通)對象都儲存在堆上。因此，new關鍵字的完整含義是，在堆上建立對象。

 

基本類型(primitive type)的對象，比如int, double，儲存在棧上。當我們聲明基本類型時，不需要new。一旦聲明，Java將在棧上直接儲存基本類型的資料。所以，基本類型的變數名表示的是資料本身，不是引用。

 

 

引用和對象的關係就像風箏和人。我們看天空時(程式裡寫的)，看到的是風箏(引用)，但風箏下面對應的，是人(對象):

 

引用和對象分離；引用指向對象

 

儘管引用和對象是分離的，但我們所有通往對象的訪問必須經過引用這個“大門”，比如以 引用.方法() 的方式訪問對象的方法。在Java中，我們不能跳過引用去直接接觸對象。再比如，對象a的資料成員如果是一個普通對象b，a的資料成員儲存的是指向對象b的引用 (如果是基本類型變數，那麼a的資料成員儲存的是基本類型變數本身了)。

在Java中，引用起到了指標的作用，但我們不能直接修改指標的值，比如像C語言那樣將指標值加1。我們只能通過引用執行對對象的操作。這樣的設計避免了許多指標可能引起的錯誤。

 

引用的賦值

當我們將一個引用賦值給另一個引用時，我們實際上複製的是對象的地址。兩個引用將指向同一對象。比如 dummyPerson=aPerson;，將導致:

一個對象可以有多個引用 (一個人可以放多個風箏)。當程式通過某個引用修改對象時，通過其他引用也可以看到該修改。我們可以用以下Test類來測試實際效果:

 

public class Test{    public static void main(String[] args)        {             Human aPerson = new Human(160);             Human dummyPerson = aPerson;             System.out.println(dummyPerson.getHeight());             aPerson.growHeight(20);             System.out.println(dummyPerson.getHeight());        }}

 

我們對aPerson的修改將影響到dummyPerson。這兩個引用實際上指向同一對象。

 

所以，將一個引用賦值給另一個引用，並不能複製對象本身。我們必須尋求其他的機制來複製對象。

 

記憶體回收

隨著方法調用的結束，引用和基本類型變數會被清空。由於對象存活於堆，所以對象所佔據的記憶體不會隨著方法調用的結束而清空。進程空間可能很快被不斷建立的對象佔滿。Java內建有記憶體回收(garbage collection)機制，用於清空不再使用的對象，以回收記憶體空間。

記憶體回收的基本原則是，當存在引用指向某個對象時，那麼該對象不會被回收; 當沒有任何引用指向某個對象時，該對象被清空。它所佔據的空間被回收。

假設了某個時刻JVM中的記憶體狀態。Human Object有三個引用: 來自棧的aPerson和dummyPerson，以及另一個對象的資料成員president。而Club Object沒有引用。如果這個時候記憶體回收啟動，那麼Club Object將被清空，而Human Object來自Club Object的引用(president)也隨之被刪除。

 

記憶體回收是Java中重要的機制，它直接影響了Java的運行效率。我將在以後深入其細節。

 

參數傳遞

當我們分離了引用和對象的概念後，Java方法的參數傳遞機制實際上非常清晰: Java的參數傳遞為值傳遞。也就是說，當我們傳遞一個參數時，方法將獲得該參數的一個拷貝。

實際上，我們傳遞的參數，一個是基本類型的變數，另一個為對象的引用。

基本類型變數的值傳遞，意味著變數本身被複製，並傳遞給Java方法。Java方法對變數的修改不會影響到原變數。

引用的值傳遞，意味著對象的地址被複製，並傳遞給Java方法。Java方法根據該引用的訪問將會影響對象。

 

在這裡有另一個值得一提的情況: 我們在方法內部使用new建立對象，並將該對象的引用返回。如果該返回被一個引用接收，由於對象的引用不為0，對象依然存在，不會被記憶體回收。

 

總結

new

引用，對象

被記憶體回收的條件

參數: 值傳遞 引用的值傳遞

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