Java引用传递解析

0.前言

因为之前有同学刚好问我一个关于Java引用传递的问题，为什么将ArrayList中拿到的一个元素，赋给一个对象，对象修改了属性，ArrayList中的对应的元素属性也会修改，这就牵扯出Java中一直讨论的一个问题：Java传参时是引用传递还是值传递。在这篇文章里我们主要会对一下几个问题进行讨论。

1.基本类型和引用类型在内存中的保存
2.变量的基本类型和引用类型的区别
3.引用传递和值传递

1.基本类型和引用类型在内存中的保存

Java中数据类型分为两大类，

基本类型：`byte, short, int, long, char, float, double, Boolean，不过，Java字节码中还有额外的两种基础数据类型，分别是reference type与returnAddress type；
对象类型：类，接口和数组。
相应的，变量也有两种类型：
基本类型：基本类型的变量保存原始值，即它代表的值就是数值本身；
引用类型：引用类型的变量保存引用值，"引用值"指向内存空间的地址，代表了某个对象的引用，而不是对象本身。

2.变量的基本类型和引用类型的区别

2.1 基本类型的初始化

基本数据类型是存储在栈内存中，当在一段代码块中定义一个变量时，java就在栈中为这个变量分配内存空间，当超过变量的作用域后，java会自动释放掉为该变量分配的内存空间，该内存空间可以立刻被另作他用。

举个例子：

int a = 3;

首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找有没有字面值为3的地址，没找到，就开辟一个存放3这个字面值的地址，然后将a指向3的地址。

题外话：不是所有的基本数据类型都存在java栈里，为了反驳观点" Java的基本数据类型都是存储在栈的 "，我们也可以随便举出一个反例，例如：

int[] array=new int[]{1,2};

由于new了一个对象，所以new int[]{1,2}这个对象时存储在堆中的，也就是说1,2这两个基本数据类型是存储在堆中，这也就很有效的反驳了基本数据类型一定是存储在栈中~~

2.2 引用类型的初始化

image.png

上图表示的是在JVM中，Java对象的访问方式。从上图可以看出，对象的引用变量是存储在栈内存中的。我们通过一个例子来分析下这个过程。

Object obj = new Object();

第一步：new Object() ：JVM将在GC堆中开辟一定大小的空间用以存放此Object，此Object是引用数据类型（注意不是reference类型，reference类型保存在Java栈中的本地变量表里）。另外，在JAVA堆中还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型、父类、实现接口、方法等）的地址信息，这些类型数据存储在方法区中。
第二步： Object obj：JVM将在虚拟机栈中此线程栈开辟出一个slot用以存放obj，注意此处obj为reference type。（slot可以理解为用以存放基础数据类型的线程私有的空间）
第三步：=：reference type 的obj被赋值为先前new Object() 指令所产生的引用数据类型的一个对象。

分析完不同类型的变量在内存中的储存形式之后，我们就可以来分析下到底什么时候是值传递，什么时候是引用传递。

3.引用传递和值传递

值传递：
方法调用时，实际参数把它的值传递给对应的形式参数，函数接收的是原始值的一个copy，此时内存中存在两个相等的基本类型，即实际参数和形式参数，后面方法中的操作都是对形参这个值的修改，不影响实际参数的值。
引用传递：
也称为传地址。方法调用时，实际参数的引用(地址，而不是参数的值)被传递给方法中相对应的形式参数，函数接收的是原始值的内存地址；在方法执行中，形参和实参内容相同，指向同一块内存地址，方法执行中对引用的操作将会影响到实际对象。

举例：

public class Demo0 {
  
  private User user = new User("Jack", 1l);
  
  private int num;
  
  private String string ="";

  //提供改变自身方法的引用类型
  void fun0(User user){
    user.setName("Lucy");
  }

  //基本类型作为参数传递时，是传递值的拷贝，无论你怎么改变这个拷贝，原值是不会改变的
  void fun1(int value) {
    value = 100;
  }
  
  //没有提供改变自身方法的引用类型
  void fun2(String text) {
    text = "windows";
  }

  //在Java中对象作为参数传递时，是把对象在内存中的地址拷贝了一份传给了参数。
  public static void main(String[] args) {
    Demo0 demo = new Demo0();
    demo.num = 10;
    demo.string = "Linux";
    
    System.out.println("before name: " + demo.user.getName());
    demo.fun0(demo.user);
    System.out.println("after name: " + demo.user.getName());

    System.out.println("before num: " + demo.num);
    demo.fun1(demo.num);
    System.out.println("after num: " + demo.num);
    
    System.out.println("before string: " + demo.string);
    demo.fun2(demo.string);
    System.out.println("after string: " + demo.string);
    
  }

}

函数fun0运行结果：

before name: Jack
after name: Lucy

user的name属性被修改，原因是：fun0调用时，函数接收的是原始值的内存地址；方法执行setName操作，修改了堆中改内存地址上的User对象的属性。通过这个例子我们可以知道：引用类型传递的是对象的引用，形参和实参指向同一个内存地址（同一个对象），所以对参数的修改会影响到实际的对象。

函数fun1运行结果：

before num: 10
after num: 10

很显然输出的是10，10。传递的是值得一份拷贝，这份拷贝与原来的值没什么关系。基本数据类型传值，对形参的修改不会影响实参。

函fun2运行结果：

before string: Linux
after string: Linux

这就很有意思了，为什么String是引用类型，为什么不会修改其值呢？原因是：String，以及Integer、Double等几个基本类型包装类，它们都是immutable类型，因为没有提供自身修改的函数，每次操作都是新生成一个对象，所以要特殊对待，可以认为是和基本数据类型相似，传值操作。

现在来看一开始提出的那个问题：为什么从ArrayList中get第一个元素，赋给一个对象，对象修改了属性，ArrayList中的元素属性也会修改?

public class Demo2 {
  public static void main(String[] args) {

    List<User> list = new ArrayList<User>();
    User user1 = new User("name1", 1111l);
    User user2 = new User("name2", 2222l);
    User user3 = new User("name3", 3333l);
    list.add(user1);
    list.add(user2);
    list.add(user3);
    
    System.out.println("--------------Before---------------");
    for (User user : list) {
      System.out.println("name = " + user.getName());
    }
    
    User userTemp = list.get(0);
    userTemp.setName("xxxxxx");
    
    System.out.println("--------------After---------------");
    for (User user : list) {
      System.out.println("name = " + user.getName());
    }
    
  }
}

输出：

--------------Before---------------
name = name1
name = name2
name = name3
--------------After---------------
name = xxxxxx
name = name2
name = name3

原因很简单：userTemp 和list的第一个对象都指向同一块内存地址，方法执行中对引用的操作将会影响到实际对象。

4.总结

java中方法参数传递方式是按值传递。

如果参数是基本类型，传递的是基本类型的字面量值的拷贝。
如果参数是引用类型，传递的是该参量所引用的对象在堆中地址值的拷贝
String，以及Integer、Double等几个基本类型包装类，它们都是immutable类型，因为没有提供自身修改的函数，每次操作都是新生成一个对象，所以要特殊对待，可以认为是和基本数据类型相似，传值操作。

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