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聊聊Java里面的引用传递

程序员文章站 2022-06-21 09:07:00
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长久以来,在Java语言里面一直有一个争论,就是Java语言到底是值传递(pass-by-value)还是引用传递(pass-by-reference),有的人说是值传递,有的人说是引用传递,两边各执一词,从而误导了很多开发者,更有甚者告诉开发者说不必纠结Java到底是值传递还是引用传递,只要能用就行了,但事实真的是这样吗? 答案是否定的。

为了弄清这两个概念,我们先要理解这两个概念本身的意思:

首先值传递本身这个名字,我感觉就误导了不少人,对于值传递你可以理解成是数据的内存地址传递,并非是数据本身,或者叫它是指针。在*里面,关于指针有清晰的描述:

In computer science, a pointer is a programming language object that stores the memory address of another value located in computer memory. A pointer references a location in memory。

然后,我们看引用传递中的引用的在*上的描述:

In computer science, a reference is a value that enables a program to indirectly access a particular datum, such as a variable's value or a record, in the computer's memory or in some other storage device.

简单的说,引用本身就代表了数据,改变引用相当于改变了数据本身。


根据概念的定义再回到Java语言里面,就会发现对Java本身来说,它只有指针传递也就是值传递,并非是引用传递。到这里,我相信有一部分读者可能已经接受不了,因为在Java里面大多数时候,我们都是讲基本类型,引用类型,从没听过什么指针的概念。导致这样的原因其实跟早期的Sun公司宣传策略有关系,我们知道Java语言,其实是从C语言借鉴改进过来的,其中一个主要的优点就是不允许我们像C那样可以通过指针直接操作内存区域,为了这个事情,Sun公司替换了概念称Java的指针为引用,从而在Java语言的发展历程中导致了更大的困惑,持续演变至今。事实就是Sun公司命名错误,当然Java已经发展了很多年,Oracle接盘后也犯不上纠正命名的问题。结果就是懂的人永远都知道是怎么回事,不懂的人一直分不清这两个概念。


只有认清了Java里面存在指针,承认指针,我们才能更加自信的理解Java语言。

我们来看一个简单的例子:

```
class Dog{
       public String name;

       public Dog() {
       }

       public Dog(String name) {
            this.name = name;
        }
	}
```

然后,我们试着创建一个Dog对象:
```
Dog dog=null; //1
System.out.println(dog.name);
dog=new Dog();//2

```

然后运行一下,我们会看到一个异常:
```
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
```

注意这个异常,叫空指针异常,在Java里面任何对象没有初始化的时候,如果我们使用其内部属性,就会抛出上面的信息,这也从侧面反映了dog这个变量的作用,其实就是指针,而并非引用。对于已经实例化的对象,如果我们没有重写toString方法,打印指针会得到一串类名组合+内存地址转换的十六进制字符串。

我们接着来看一个例子:


```
    public static void change(String point){
       point="new value";
    }

    public static void swapString(){
        String orgin="orgin";
        System.out.println(orgin);
        change(orgin);
        System.out.println("==================after==================");
        System.out.println(orgin);


    }
```


如果在main方法里面,执行swapString()方法,输出的结果都是orgin。

对于Dog对象也一样,如下:
```
    public static void change(Dog dog){
       dog=new Dog("CAT");
       dog.name="cat";
    }


    public static void swapDog(){
        Dog dog=new Dog("tom");
        System.out.println(dog.name);
        change(dog);
        System.out.println("==================after==================");
        System.out.println(dog.name);
    }
```


最终输出的结果都是tom,好像从未执行过change方法一样。
```
tom
==================after==================
tom
```



这是为什么? 你可能要说很简单啊,方法里面的作用域,只在方法里生效,出了方法就无效了。真的是这样吗? 接着看下面,我们稍微改动一下change方法:

```
    public static void change(Dog dog){
	   dog.name="new_tom";
       dog=new Dog("CAT");
       dog.name="cat";
    }
```

同样,在main方法执行,输出的结果是:
```
tom
==================after==================
new_tom
```


这里面,如果不理解值传递(指针传递)和引用传递的区别,其实是很难明白原因的:


```
    public static void change(Dog dog){
       dog=new Dog("CAT");//3 memory location:8888
       dog.name="cat";//4
    }


    public static void swapDog(){
        Dog dog=new Dog("tom");//1  memory location:7777
        System.out.println(dog.name);
        change(dog);//2
        System.out.println("==================after==================");
        System.out.println(dog.name);
    }
```


我们加上序号之后,来分析一下,首先在第一步,我们创建了一个Dog对象,其中dog变量是指针(或者按Java的习惯叫引用,但其实是不正确的),指针存的是内存地址,而并非是内存中的数据本身,我们假设内存地址是7777,然后在第二步,将dog(指针)引用,传给了change方法,在第三步,因为我们新创建了一个Dog,并把dog指针指向了新的对象,这里假设其在堆上的内存地址是8888,然后并给内存地址=8888的Dog对象的name赋值了cat,然后方法执行结束,最后回到swapDog方法,继续执行,此时swapDog方法dog对象的指针仍然是7777,所以并没有任何变化。

图示如下:


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注意change方法执行后,没有指针指向内存地址8888的对象,故会在下一次gc时回收。

接着我们分析下,微调后的change方法:
```
    public static void change(Dog dog){
	   dog.name="new_tom";// 2.1
       dog=new Dog("CAT");
       dog.name="cat";
    }
```


在第2.1步,我们通过dog指针=7777的数据,重新改变了其名称,这意味着内存地址7777的数据,被修改了,后面的两行改的是内存地址=8888的数据,所以最终结果是改变后的。


注意,如果Java语言是引用传递的话,那么最终的结果name肯定是cat,因为引用传递的修改,指的就是数据本身,而并非地址。



上面关于值传递(指针传递)和引用传递,说的有点抽象,我打个比方:

指针指的是你的名字,通过指针可以找到数据本身,然后操作数据,但如果指针本身(非数据本身)变了,也就是你名字变了,但其实跟你没有关系,你自己还是你自己,你可以重新在换个名字代表你。

引用指的是你本身,如果本身变了,比如你换了个发型,这个时候,无论你换多个名字(指针),你都一样是你,改变不了你发型换了的事实。

所以,这个时候如果按照值传递(指针传递)的理解,来看上面的例子,你就会恍然大悟。在change方法里面dog的指针已经被替换成了8888,而8888地址代表的是新的对象
所以不会改变7777的对象的内容,在微调后的版本中,我们直接改变了7777地址数据的name,所以最终的结果也是改变后的。


总结:

Java语言本身是值传递,也叫做指针传递,虽然我们一直叫引用类型,但其实它实际上是一个指针,而真正的引用传递改变的是数据本身的内容,如Lisp和Fortran语言,无论哪种方式,我们只要理解了其本质,就可以掌握的更好。




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