Java数组初始化的内存分配

1.Java数组是静态的

Java是静态语言，所以Java的数组也是静态的，即：数组被初始化后，长度不可变

静态初始化：显式指定每个数组元素的初始值，系统决定数组长度

String[] books = new String[]{"疯狂Java讲义","Thinking in Java","Java核心技术卷"};
String[] names = new String[]{"张三","李四","王五","赵六"};

动态初始化：显式指定数组的长度，系统决定每个数组元素的初始值

String[] strArr = new String[5];

以上两种初始化的内存使用情况如图所示：

动态初始化数组由系统决定每个数组元素的初始值，遵循以下规则：

• byte、short、int、long类型的数组的初始值为0
• float、double类型的数组的初始值为0.0
• char类型的数组的初始值为'\u0000'，表现为空字符''，但要占位
• boolean类型的数组的初始值为false
• 引用类型的数组的初始值为null

一旦数组初始化完成，则长度不可改变，以下代码造成了数组初始化后长度可改变的假象：

books = names;
strArr = books;
System.out.println(books.length); // 4
System.out.println(strArr.length); // 4

Java的数组变量是一种引用类型的变量，数组变量并不是数组本身，它只是指向堆内存中的数组对象，改变一个数组变量所引用的数组，可以造成数组长度可变的假象。

上述代码让books数组变量和strArr数组变量都指向了names数组变量引用的数组，这样做的结果就是让三个数组变量都引用了相同的数组对象。内存图如下：

而原来strArr和books引用的数组对象的长度不会改变，由于已经没有变量引用它们，它们成为垃圾，等待垃圾回收机制来回收。此时，程序使用strArr、books、和names这三个变量时，将会访问同一个数组对象。

JavaScript是动态语言，其数组的长度可以改变：

<script type="text/javascript">
    var arr = [];
    document.write("arr的长度为：" + arr.length + "<br>"); // 0
    arr[0] = 1;
    document.write("arr的长度为：" + arr.length); // 1
</script>

2. 数组一定要初始化吗？

实际上，懂得了Java数组的内存机制后，我们可以说：数组不是必须初始化，或者说，数组初始化不仅有之前介绍的两种方法，可以完全换一种方法：

int[] nums = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
int[] arr;
arr = nums;

对于数组对象来说，必须初始化，也就是为该数组对象分配一块连续的内存空间，连续内存空间的长度就是数组对象的长度。
对于数组变量来说，不需要进行初始化，只需让其指向一个有效的数组对象就可以。
实际上，所有引用类型的变量，其变量本身不需要任何初始化，需要初始化的是它所引用的对象。

3. 基本类型数组的初始化

程序直接先为数组分配内存空间，再将数组元素的值存入对应的内存中。

int [] nums;   ①
System.out.println(nums);   ②
nums = new int[]{1, 2, 3, 4};   ③
System.out.println(nums.length);    ④

我们来分析①-④步的内存：

① 定义nums数组变量后的存储示意图如下：

对于②行代码来说没有任何问题，虽然nums变量并未引用到有效的数组对象，但此时并未通过nums变量访问数组对象的方法或属性，所以没有问题。

③ 静态初始化nums数组后的存储示意图如下：

对于④行代码来说，此时访问了nums数组对象的属性，所以要求nums必须引用一个有效的对象。

当通过引用变量来访问实例属性或者调用非静态方法时，如果该引用变量还未指向有效的对象，程序就会抛出运行时异常：NullPointerException，例如，第二行代码如果为：
System.out.println(nums.length);
就会抛出NullPointerException

误区：基本类型的数据的值存储在栈内存中
实际上，应该是所有的局部变量都保存在栈内存中，不管是基本类型还是引用类型，局部变量都保存在各自的方法栈中。

4. 引用类型数组的初始化

引用类型数组的数组元素仍然是引用类型，因此数组元素里存储的还是引用，它指向另一块内存，这块内存里存储了该引用变量所引用的对象，包括数组和Java对象。

下面程序的执行代表了引用类型数组初始化的典型过程：

class Person{
    String name;
    int age;
    public void info(){
        System.out.println("name：" + name + ", age：" + age);
    }
}

// 创建两个Person对象
Person p1 = new Person();
p1.name = "张三";
p1.age = 20;
Person p2 = new Person();
p2.name = "李四";
p2.age = 30;
        
// 将两个Person对象赋给数组元素
person[0] = p1;
person[1] = p2;     
        
// 结果一样，p1和person[0]指向同一个对象
p1.info();
person[0].info();

分析内存：

5. 数组元素就是变量

当数组引用变量指向一个有效的数组对象之后，程序就可以通过该数组变量访问数组对象。
Java语言不允许直接访问堆内存中的对象，因此无法直接访问堆内存中的数组对象，程序将通过数组引用变量来访问数组对象。
Java语言避免直接访问堆内存可以使程序更加健壮，如果程序直接访问并修改堆内存中的数据，可能破坏内存的数据完整性，从而导致程序Crash。
无论哪种类型的数组，其数组元素其实相当于一个普通变量。

下面程序师范了将数组元素和普通变量相互赋值的情形：

class Cat{
    String name;
    double height;
    
    public Cat(String name, double height){
        this.name = name;
        this.height = height;
    }
    public void info(){
        System.out.println("name：" + name + ", height：" + height);
    }
}

public class TestArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = new int[5];
        for(int i=0; i<a.length; i++){
            a[i] = ++i;
        }
        int x = a[0];
        int y = 99;
        a[4] = 99;
        
        Cat[] cats = new Cat[2];
        cats[0] = new Cat("咪咪", 10.0);
        cats[1] = new Cat("卡卡", 12.2);
        Cat c1 = cats[0];
        Cat c2 = new Cat("豆豆", 11.1);
        cats[1] = c2;
    }
}

内存分析：

6. 没有多维数组

所谓多维数组，其实只是数组元素元素依然是数组的数组，1维数组的数组元素的基本类型或者引用类型，2维数组的数组元素是1维数组，3维数组的数组元素是2维数组...N维数组的数组元素是N-1维数组。
Java允许将多维数组当成1维数组来处理，初始化多维数组时可以先初始化最左边的维数，此时该数组的每个数组元素都相当于一个数组引用变量，这些数组还需要进一步初始化。

如下程序示范了多维数组的用法：

public static void main(String[] args) {
    int[][] a;
    a = new int[4][];
    // 把a当成一维数组，遍历a数组的每个数组元素
    for(int i=0; i<a.length; i++){
          System.out.println(a[i]); // 输出都为null
    }
            
    a[0] = new int[2];
    a[0][1] = 2;
    for(int i=0; i<a[0].length; i++){
          System.out.println(a[0][i]); // 输出0和2
    }
}

内存分析：

说明：一般我们认为通过数组的length属性可以获取数组的长度，其实这个说法不够准确，例如数组a，它是一个传统的“二维数组”，它的长度好像定义不是很明确，其实，数组的长度指的是数组所分配的连续内存空间的长度，所以说a数组的长度为4.

我们用一个“极端”的程序来更好的理解数组在内存中的分配机制：

public static void main(String[] args) {
     Object[] objArr1 = new Object[3];
     objArr1[1] = new Object[2];
     Object[] objArr2 = (Object[]) objArr1[1];
     objArr2[1] = new Object[3];
     Object[] objArr3 = (Object[]) objArr2[1];
     objArr3[1] = new int[5];
     int[] iArr = (int[]) objArr3[1];
     for(int i=0; i<iArr.length; i++){
         iArr[i] = ++i;
     }
}

内存分析：

此时的objArr1不再是一个简单的一维数组，它是一个四维数组。
最后我们执行如下语句：

System.out.println(((int[])((Object[])((Object[])objArr1[1])[1])[1])[2]);

通过以上内存分析不难得出结果为3.

通过上面的分析不难得出，多维数组的本质仍然是一维数组。

因为Java是强类型语言，所以上诉代码需要多次强制类型转化，如果用弱类型语言实现会简单很多，比如用JavaScript实现：

<script type="text/javascript">
     var objArr1 = [];
     objArr1[1] = [];
     var objArr2 = objArr1[1];
     objArr2[1] = [];
     var objArr3 = objArr2[1];
     objArr3[1] = [];
     var iArr = objArr3[1];
     for(var i=0; i<5; i++){
          iArr[i] = i;
     }
     document.write(objArr1[1][1][1][2]);
</script>