Java基礎11 對象引用

我們之前一直在使用“對象”這個概念，但沒有探討對象在內存中的具體存儲方式。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;
}

外部可以調用類來創建對象，比如上面在Test類中:

Human aPerson = new Human(160);

創建了一個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是在內存中為對象開辟空間。具體來說，new是在內存的堆(heap)上為對象開辟空間。這一空間中，保存有對象的數據和方法。
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針。aPerson存在於內存的棧(stack)中。
3. 當我們用等號賦值時，是將右側new在堆中創建對象的地址賦予給對象引用。

   這裡的內存，指的是JVM (Java Virtual Machine)虛擬出來的Java進程內存空間。內存的堆和棧概念可參考Linux從程序到進程。

    

   

    

   棧的讀取速度比堆快，但棧上存儲的數據受到有效范圍的限制。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，棧幀上存儲的參量和自動變量就消失了。Java的棧也受到同樣的限制，當一次方法調用結束，該方法存儲在棧上的數據將清空。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，在堆上創建對象。

   基本類型(primitive type)的對象，比如int, double，保存在棧上。當我們聲明基本類型時，不需要new。一旦聲明，Java將在棧上直接存儲基本類型的數據。所以，基本類型的變量名表示的是數據本身，不是引用。

   引用和對象的關系就像風筝和人。我們看天空時(程序裡寫的)，看到的是風筝(引用)，但風筝下面對應的，是人(對象):

   
   

   引用和對象分離；引用指向對象

    

   盡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的數據成員如果是一個普通對象b，a的數據成員保存的是指向對象b的引用 (如果是基本類型變量，那麼a的數據成員保存的是基本類型變量本身了)。

   在Java中，引用起到了指針的作用，但我們不能直接修改指針的值，比如像C語言那樣將指針值加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針可能引起的錯誤。

    

   引用的賦值

   當我們將一個引用賦值給另一個引用時，我們實際上復制的是對象的地址。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筝)。當程序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，並不能復制對象本身。我們必須尋求其他的機制來復制對象。

    

   垃圾回收

   隨著方法調用的結束，引用和基本類型變量會被清空。由於對象存活於堆，所以對象所占據的內存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創建的對象占滿。Java內建有垃圾回收(garbage collection)機制，用於清空不再使用的對象，以回收內存空間。

   垃圾回收的基本原則是，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。它所占據的空間被回收。

   
   

   

    

   上圖假設了某個時刻JVM中的內存狀態。Human Object有三個引用: 來自棧的aPerson和dummyPerson，以及另一個對象的數據成員president。而Club Object沒有引用。如果這個時候垃圾回收啟動，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。

    

   垃圾回收是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量，另一個為對象的引用。

   基本類型變量的值傳遞，意味著變量本身被復制，並傳遞給Java方法。Java方法對變量的修改不會影響到原變量。

   引用的值傳遞，意味著對象的地址被復制，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創建對象，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，不會被垃圾回收。

    

   總結

   new

   引用，對象

   被垃圾回收的條件

   參數: 值傳遞