java - 什么是Java中的引用值，为什么会发生变化？

Question

来自没有 GC 的语言(C/C++/Rust..)我想知道如果重新分配数组到底发生了什么。

如果我们使用类似 c++ 的语言(伪代码)，这被认为是错误的:

Obj *x = xarr[2];
xarr.push(new Obj(12));
do_with(x);

在 C++ 中运行示例 http://ideone.com/qk7vcj

推送后，x 可能指向由于 xarr 的重新分配而释放的内存。

x 基本上只是一个指针大小的整数，用于存储 xarr[2] 的内存地址。

如果我在 java 中做同样的事情。这工作得很好，我想知道为什么？

List<OBJ> list = new ArrayList<>();    
list.add(new OBJ());
list.add(new OBJ());
list.add(new OBJ());

OBJ x = list.get(2);
for (int idx = 0; idx < 1000000; idx++) {
    list.add(new OBJ());    
}
do_it(x);

x 到底是什么，在看似重新分配数组后，x 的内存地址如何以及为什么会发生变化？

显然 java 没有深度复制数组，因为 x2 无法像您所见的这段代码中那样更改 x，x 的地址也在更改。

private static class OBJ {
    int one;
    String two;

    public OBJ() {
        this.one = 1;
        this.two = "two";
    }
}

public static void do_it(OBJ o) {
    System.out.println("o.two is: " + o.two); 
}

public static void main(String[] args)
{

    List<OBJ> list = new ArrayList<>();
    list.add(new OBJ());
    list.add(new OBJ());
    list.add(new OBJ());

    OBJ x = list.get(2);

    printAddresses("Address x", x);

    for (int idx = 0; idx < 1000000; idx++) {
        list.add(new OBJ());    
    }

    OBJ x2 = list.get(2);
    x2.two = "haha";

    printAddresses("Address x", x);

    do_it(x);

} 

不应该打印出来

Address x: 0x525554440
Address x: 0x550882b80
o.two is: haha

可以在这里找到完整的工作示例 http://ideone.com/P3j6xF

这样就引出了一个问题，在重新分配列表后，x 的地址是如何改变的。而所谓的“引用”到底是什么？我认为 Java 中所谓的“引用”只是一个普通的指针，带有自动解引用之类的东西，没有指针算法，因为在 Java 中，一切都是按值传递而不是按引用传递。这在这段代码中很明显 http://ideone.com/k4Ijq0

public static void test1(OBJ o) {
    o.one = 2;
}

public static void test2(OBJ o) {
    o = new OBJ();
    o.two = "no reference";
}

public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception
{
    OBJ x = new OBJ();
    test1(x);
    test2(x);

    System.out.println("x.one: " + x.one + " x.two: " + x.two);
}   

打印出来

x.one: 2 x.two: two

所以看起来 x 的行为就像一个指针，但如果有必要，java 会以某种方式重定向它。这是如何运作的？ “引用”这个词特别容易混淆，为什么要这样称呼？

Answer 1

Java Virtual Machine Specification州

There are three kinds of reference types: class types, array types, and interface types. Their values are references to dynamically created class instances, arrays, or class instances or arrays that implement interfaces, respectively.

同样，Java Language Specification州

The reference values (often just references) are pointers to these objects, and a special null reference, which refers to no object.

换句话说，引用类型的值(或多或少)是相应对象的地址。这显然是从您(Java 开发人员)那里抽象出来的。您永远不需要知道对象在内存中的位置，因为您不管理内存。 JVM 会执行此操作。

当你这样做的时候

OBJ x = new OBJ();

或者通过其他方式获取引用值

OBJ x = list.get(2);

变量 x 只是保存该引用值，它指向实际对象(或者可能是 null 引用)。

Java 是一种垃圾回收语言。 Modern garbage collection algorithms use generational and copying strategies .也就是说，他们会在几代人之间移动对象，因为他们决定这些对象的生命周期有多长。那一步是复制和清晰的。 GC 将通过专用区域，将所有 Activity 对象复制到另一个区域并将原始区域标记为空闲内存。

这对于我们之前提到的x变量来说显然是有问题的。如果它指向内存中的 Activity 对象并且该内存被“清除”，我们就会遇到问题。因此，GC 必须遍历存储移动对象位置的所有变量(实例变量、局部变量、数组元素)并在允许程序继续之前更新它们(在 Stop The World 收集期间完成)。

这是您在 Unsafe 代码中看到的。

OBJ x = list.get(2);
printAddresses("Address x", x);

当您第一次调用printAddresses 时，存储在x 中的值所引用的对象位于内存中的特定位置。生成一堆新对象后，触发垃圾收集器，将对象移动到新位置并更新所有对它的引用(x 中的值，ArrayList< 中的值 的底层数组)。如果你有更多的内存(或创建更少的对象)，这就不会发生(还)。

How does Array reallocation work in Java?

这真的与数组无关。 ArrayList 对象包含一个数组字段(名为 elementData，它引用一个数组对象。例如

elementData = 0x4000

并且该对象在内部具有对其他对象的引用(数组元素是变量)。

elementData[0] = 0x6720
elementData[1] = 0x6808
elementData[2] = 0x4393
elementData[3] = 0x7121
elementData[4] = 0x2425
elementData[5] = 0x4867
elementData[6] = 0x976
elementData[7] = 0x1082
elementData[8] = 0x4160
elementData[9] = 0x1850

当您达到该元素限制并且 ArrayList 必须重新分配数组时，它只是将所有这些引用值复制到一个新数组中。

elementData = 0x8900;
elementData[0] = 0x6720 (same as above)
elementData[1] = 0x6808
elementData[2] = 0x4393
elementData[3] = 0x7121
elementData[4] = 0x2425
elementData[5] = 0x4867
elementData[6] = 0x976
elementData[7] = 0x1082
elementData[8] = 0x4160
elementData[9] = 0x1850
elementData[10] = 0x0000 (something for null)
...
elementData[newLength-1] = 0x0000

当然假设这些对象在垃圾收集周期中都没有被移动。如果有，GC 也会更新数组变量。

同样，作为 Java 开发人员，您不需要关心这些。在编写 Java 代码时，它很少会派上用场。您永远无法直接访问实际引用值(使用 Unsafe 时除外)。