Java中的参数传递机制

先看代码

代码片段一：

@Data
@AllArgsConstructor
class User
{
    private int id;

    private String name;

    public void print()
    {
        System.out.println(this.id + " -> " + this.name);
    }
}
public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        User user = new User(1, "小明");
        user.print();
        setUserToNull(user);
        user.print(); // 不会报NPE
        changeUserName(user);
        user.print(); // username改变了
    }

    private static void setUserToNull(User user)
    {
        user = null;
    }

    private static void changeUserName(User user)
    {
        Objects.requireNonNull(user);
        user.setName("user name has been changed");
    }
}

代码片段二：

public class Main2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int num = 200;
        changeNum(num);
        System.out.println(num);

        StringBuilder builder = new StringBuilder("hi");
        changeStringBuilder(builder);
        System.out.println(builder.toString());

        String str = "hello world";
        changeString(str);
        System.out.println(str);

        changeString2(str);
        System.out.println(str);

        String str2 = new String("hi hi ");
        changeString2(str2);
        System.out.println(str2);
    }

    private static void changeNum(int num)
    {
        num = 100;
    }

    private static void changeString(String str)
    {
        str = "string has been changed";
    }

    private static void changeString2(String str)
    {
        str = new String("string has been changed 2");
    }

    private static void changeStringBuilder(StringBuilder builder)
    {
        Objects.requireNonNull(builder);
        builder.append(" has changed!!!");
    }
}

猜想一下以上程序的输出？

程序输出

代码片段一的输出：

1
2
3

1 -> 小明
1 -> 小明
1 -> user name has been changed

代码片段二的输出：

200
hi has changed!!!
hello world
hello world
hi hi

疑问

为什么代码一中执行完setUserToNull()方法后没有抛出空指针异常？
为什么代码二中执行完changeNum()、changeString()、changeString2()方法后，参数的值没有改变？

解释

我们从内存模型的角度来理解。

1. 基本类型和引用类型的区别

1 2	int num = 200; String str = "Hello World!";

这里num是基本类型，str是引用类型。

对于基本类型num，值（200）就直接保存在变量num中。
对于引用类型str，变量str中保存的只是实际对象的地址，str称为引用，引用指向实际的对象，实际对象中保存着具体的内容（”Hello World”）。

2. 赋值运算符的作用

1 2	num = 100; str = "string has been changed";

对于基本类型num ，赋值运算符会直接改变变量的值，原来的值被覆盖掉。
对于引用类型str，赋值运算符会改变引用中所保存的地址，原来的地址被覆盖掉。但是原来的对象不会被改变（没有被任何引用所指向的对象将被GC回收。

3. 局部变量/方法参数

局部变量和方法参数在jvm中的储存方法是相同的，都是在栈上开辟空间来储存的，随着进入方法开辟，退出方法回收。
以32位JVM为例，boolean/byte/short/char/int/float以及引用都是分配4字节空间，long/double分配8字节空间。对于每个方法来说，最多占用多少空间是一定的，这在编译时就可以确定。
我们知道JVM内存模型中有stack和heap的存在，但是更准确的说，是每个线程都分配一个独享的stack，所有线程共享一个heap。对于每个方法的局部变量来说，是绝对无法被其他方法，甚至其他线程的同一方法所访问到的，更遑论修改。
当我们在方法中声明一个 int i = 0，或者 Object obj = null 时，仅仅涉及stack，不影响到heap，当我们 new Object() 时，会在heap中开辟一段内存并初始化Object对象。当我们将这个对象赋予obj变量时，仅仅是stack中代表obj的那4个字节变更为这个对象的地址。

4. 内存模型中存储的内容

堆:
存储的是对象，每个对象都包含一个与之对应的class。
JVM只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身。
对象的由垃圾回收器负责回收，因此大小和生命周期不需要确定

栈：
每个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象)。
每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的。
栈分为3个部分：基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。
数据大小和生命周期是可以确定的，当没有引用指向数据时，这个数据就会自动消失。

方法区：
静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。
方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。

5. 方法调用时的细节

代码片段一：

User user = new User(1, “小明”); 这里在栈空间中创建了一个地址x1，在堆中分配了一块内存地址y1，y1中保存了这个User对象，x1中保存的是指向y1的引用（user）。
将user作为参数传递给setUserToNull(user)时，实际上传递的是user的副本（记为user2），也就是在栈空间中新创建了一个地址x2，也指向堆内存y1，这里x2指向y1的引用是user2。在setUserToNull方法中，将入参user置为null，实际上是将user2置为null，修改的是原始引用user的副本，所以原始的引用user不会变，所以setUserToNull()后执行print()方法不会NPE。
执行changeUserName()方法也是一样，栈空间新建地址x3，指向堆内存y1，x3指向y1的引用记为user3，user3这个引用操作的是堆中的原始对象，修改了它的name属性，因此执行完changeUserName()方法后user的name属性会改变。

代码片段二：

int num = 20; 这里在栈空间中创建了一个a地址，a地址中值为20，执行changeNum方法时将num作为参数传递进方法中，实际上是在栈空间中新建b地址，b地址中的值为20，传递给changeNum方法的是b地址（或者说是num的副本），然后该方法修改b地址中的值，与a地址中的值无关。因此执行完这个方法后num仍然是20。

StringBuilder builder = new StringBuilder(“hi”); 这里与User user = new User()类似，也是栈空间里存放指向堆内存的引用，changeStringBuilder()方法入参传递的实际上是builder对象的副本，但是这个副本与原始builder对象都是操作堆中的同一个对象，changeStringBuilder()方法相当于修改了这个对象的属性，所以会改变builder的值。

6. 关于String的疑问

String既然是引用类型，为什么changeString()方法也没有生效呢？

7. 关于String的解释

String被设计为不可变类型，String赋值这里有有个字符串常量池的概念，Java6之前字符串常量池是在方法区的永久代里，Java7字符串在堆里，Java8移除了方法区的永久代，字符串常量池在元空间里（？不确定），这个元空间是在本地内存中的。
String直接赋值（不使用new String），如String str = “Hello World”; 这里在栈中分配了一个空间x1给str，然后在字符串常量池中分配地址y1，将”Hello World”字符串对象放入字符串常量池y1中，然后栈空间x1记录了字符串常量池的y1地址，或者说str持有指向字符串常量池y1地址的引用。
然后调用changeString()方法，将str作为函数入参，实际上是在栈空间新建了空间x2，x2中存放的地址也是y1，然后将”string has been changed”放入字符串常量池地址y2中，将y2的地址返回给x2，因此x2中记录的是y2的地址，而x1没有改变，因此执行完changeString()方法后str的值仍然是Hello World。
以上过程没有在堆中创建对象，对象是在字符串常量池中的，

注意：当对String直接赋值，字符串太大的时候，常量池放不下，仍会放在堆里。

总结

一、
Java传递到方法参数里面都是变量的副本，可以说是值传递，如果是基础类型传递的是这个值的拷贝，如果是引用类型传递是所引用的对象在堆内存中地址的拷贝。

二、
Java的参数传递实际上就是赋值操作，如：


int num = 200;
changeNum(num);

private static void changeNum(int value)
{
    value = 100;
}

这里传递给changeNum()方法，实际上相当于 int value = num; 方法中对value重新赋值自然不会影响num的值。

String text = str; StringBuilder builder = sb也是一样，让text指向新的对象(text = “string has been changed”;)，那么自然也不会影响st，还是指向原来的String对象，但若是在builder和sb指向同一对象的时候，通过builder对对象进行了内容更改，那么sb所指向的对象内容也将发生更改，因为两者现在指向的是同一对象。

Java中的参数传递机制

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解释

1. 基本类型和引用类型的区别

2. 赋值运算符的作用

3. 局部变量/方法参数

4. 内存模型中存储的内容

5. 方法调用时的细节

6. 关于String的疑问

7. 关于String的解释

总结

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