Java的数组内存图解析

JavaSE知识总结(1) 续

数组内存图

简述:

为什么要单独讲数组内存图呢?

因为学习内存图对于Java来说,是理解Java代码运行时的关键,有助于更轻松地理解每一行代码的运行过程。

这一部分内容必须要学会,后面的面向对象需要画很多的内存图才能理解代码发生的过程。

一、了解内存图

1 内存概述

内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁。其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中,CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来。我们编写的程序是存放在硬盘中的,在硬盘中的程序是不会运行的,必须放进内存中才能运行,运行完毕后会清空内存。

Java虚拟机要运行程序,必须要对内存进行空间的分配和管理。

2 Java虚拟机的内存划分

为了提高运算效率,就对空间进行了不同区域的划分,因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

在这里插入图片描述

区域名称作用
程序计数器程序计数器是CPU中的寄存器,它包含每一个线程下一条要执行的指令的地址
本地方法栈当程序中调用了native的本地方法时,本地方法执行期间的内存区域
方法区存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
堆内存存储对象(包括数组对象),new来创建的,都存储在堆内存。
虚拟机栈用于存储正在执行的每个Java方法的局部变量表等。
局部变量表存放了编译期可知长度的各种基本数据类型、对象引用,方法执行完,自动释放。

二、 一维数组内存图分析

(1)一个数组内存图
public static void main(String[] args) {
  	int[] arr = new int[3];
  	System.out.println(arr);//[I@5f150435
}

在这里插入图片描述

思考:打印arr为什么是[I@5f150435,它是数组的地址吗?

答:它不是数组的地址。

问?不是说arr中存储的是数组对象的首地址吗?

答:arr中存储的是数组的首地址,但是因为数组是引用数据类型,打印arr时,会自动调用arr数组对象的toString()方法(后面面对对象讲),默认该方法实现的是对象类型名@该对象的hashCode()值的十六进制值

问?对象的hashCode值是否就是对象内存地址?

答:不一定,因为这个和不同品牌的JVM产品的具体实现有关。例如:Oracle的OpenJDK中给出了5种实现,其中有一种是直接返回对象的内存地址,但是OpenJDK默认没有选择这种方式。

(2)两个数组内存图
public static void main(String[] args) {
    int[] arr = new int[3];
    int[] arr2 = new int[2];
    System.out.println(arr);
    System.out.println(arr2);
}

在这里插入图片描述

(3)两个变量指向一个数组
public static void main(String[] args) {
    // 定义数组,存储3个元素
    int[] arr = new int[3];
    //数组索引进行赋值
    arr[0] = 5;
    arr[1] = 6;
    arr[2] = 7;
    //输出3个索引上的元素值
    System.out.println(arr[0]);
    System.out.println(arr[1]);
    System.out.println(arr[2]);
    //定义数组变量arr2,将arr的地址赋值给arr2
    int[] arr2 = arr;
    arr2[1] = 9;
    System.out.println(arr[1]);
}

在这里插入图片描述

切记:两个变量指向同一个数组,指向的是地址值。此时,修改一方,另一方的值也会发生改变。

三、二维数组内存图分析

(1)二维数组内存图
示例1 静态声明二维数组
public class Exer1 {

    public static void main(String[] args) {
        //例1:
        int[][] arr = {
                {1},
                {2,2},
                {3,3,3},
                {4,4,4,4},
                {5,5,5,5,5}
        };
    }
}

内存图如下 :

在这里插入图片描述

示例2 动态声明二维数组
public class Exer2 {

    public static void main(String[] args) {
        //1、声明一个二维数组,并且确定行数
		//因为每一行的列数不同,这里无法直接确定列数
		int[][]  arr = new int[5][];
		
		//2、确定每一行的列数
		for(int i=0; i<arr.length; i++){
			/*
			arr[0] 的列数是1
			arr[1] 的列数是2
			arr[2] 的列数是3
			arr[3] 的列数是4
			arr[4] 的列数是5
			*/
			arr[i] = new int[i+1];
		}
		
		//3、确定元素的值
		for(int i=0; i<arr.length; i++){
			for(int j=0; j<arr[i].length; j++){
				arr[i][j] = i+1;
			}
		}
    }
}

内存图如下:

在这里插入图片描述

(3)空指针异常内存图解析

观察下面的代码,在运行后为什么会报错?

public static void main(String[] args) {
	//定义数组
	int[][] arr = new int[3][];
        
   	System.out.println(arr[0[0]);
    //NullPointerException
}

NullPointerException空指针异常,意思是当前对象是空的。因为此时数组的每一行还未分配具体存储元素的空间,此时arr[0]是null,此时访问arr[0][0]会抛出NullPointerException 空指针异常

内存图解析:

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1HftCnYp-1628751339450)(D:\桌面\二维数组内存图3.jpg)]

小结

空指针异常**,意思是当前对象是空的。因为此时数组的每一行还未分配具体存储元素的空间,此时arr[0]是null,此时访问arr[0][0]会抛出NullPointerException 空指针异常

内存图解析:

在这里插入图片描述

小结

需要自己多动手画一下内存图,在这篇文章中没有详细画出方法区,到面向对象时会过多的用到方法区的概念。

下一阶段会更新关于面向对象的笔记,先细分上中下,再将整个面向对象的知识贯通起来。

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