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从JVM的角度，来分析为什么Java中是值传递？

article 2024/11/15 13:40:40

从 JVM 的角度来看，Java 中的参数传递之所以是值传递，是因为在 JVM 执行方法调用时，参数的值（不论是基本类型还是引用类型）都被复制并压入调用栈的帧（stack frame）中。让我们从 JVM 的内存模型和调用栈的角度，详细分析为什么 Java 中是值传递。

1. JVM 的内存模型

JVM 的内存分为几个重要区域，其中与方法调用和参数传递相关的主要有：

堆（Heap）：用于存储对象实例。所有对象都存储在堆中，所有引用类型（如 String、List 等）变量其实是指向堆中对象的引用。
栈（Stack）：用于存储方法调用的局部变量和临时数据，每个线程都有一个自己的栈。当方法被调用时，JVM 会在栈中为这个方法分配一个新的栈帧（stack frame）来保存方法的参数、局部变量和一些临时数据。

2. 方法调用和栈帧

当方法被调用时，JVM 会在栈中为这个方法创建一个新的栈帧。这个栈帧包含：

参数值的副本：方法的每一个参数（不管是基本类型还是引用类型）都会被复制一份，并存储在栈帧中。
局部变量：方法内定义的局部变量也会存储在栈帧中。

栈帧在方法执行完毕后会被弹出栈，并释放所有数据。

3. 值传递的工作原理

当方法被调用时，JVM 会根据传入的参数创建它们的副本：

基本类型参数（如 int、double 等）：直接将参数的值复制一份，并将这个值存储到栈帧中。
引用类型参数（如 String、ArrayList 等）：传递的实际上是引用的副本。引用本身是一个指向堆中对象的地址（即对象的内存位置），这个地址值被复制并存储到栈帧中。

这意味着：

基本类型：在方法内部对参数的修改只会影响副本，不会影响原始变量。
引用类型：传递的是引用的副本，因此在方法内部可以通过这个副本引用操作对象本身，但如果修改引用的指向（让引用指向新的对象），不会影响原始的引用。

举例分析：基本类型的值传递

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;
        modify(x);
        System.out.println(x); // 输出：5
    }

    public static void modify(int num) {
        num = 10;
    }
}

当 modify(x) 被调用时，x 的值（即 5）被复制一份并传递给 num，此时 num 变量的值是 5。
在 modify 方法中，将 num 的值改为 10，但这不会影响 main 方法中的 x，因为 num 只是 x 的副本。
JVM 机制：在 modify 方法的栈帧中，num 存储了 5 的副本。当方法执行完后，栈帧被销毁，num 消失，x 的值仍然是 5。

举例分析：引用类型的值传递

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("A");
        modify(list);
        System.out.println(list); // 输出：[A, B]
    }

    public static void modify(List<String> lst) {
        lst.add("B");
    }
}

modify(list) 被调用时，list 引用（地址）被复制一份，并传递给 lst。
list 和 lst 都指向堆中同一个 ArrayList 对象。
JVM 机制：在 modify 方法的栈帧中，lst 是 list 引用的副本，因此 lst 和 list 指向同一个对象。对 lst 的操作（如 lst.add("B")）会影响原始对象。

为什么即使是引用类型，Java 仍是值传递？

这是因为在 JVM 中，即使是引用类型，传递的仍然是引用的副本，而不是引用本身的地址引用。

引用的副本：在方法调用中，引用类型的参数传递的是引用的值，即指向对象的内存地址。这意味着方法内部的引用与外部的原始引用是不同的变量，只是它们指向同一个对象。
修改引用指向：如果在方法内部将引用重新赋值（让它指向另一个新对象），这种修改只会影响方法内部的引用，不会影响外部的原始引用。这进一步验证了 Java 是按值传递的，因为重新赋值并不影响原始对象的引用。

例如：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
        modify(sb);
        System.out.println(sb); // 输出：Hello
    }

    public static void modify(StringBuilder sb) {
        sb = new StringBuilder("Goodbye"); // 重新赋值，原始对象不受影响
    }
}