Java 數組內存分配深度解析：引用變量、堆棧交互與 GC 行為

核心誤區澄清

「基本類型在棧，對象在堆」不完全正確。更精確的描述：

• 局部變量（基本類型 + 引用變量） 存放在棧幀中。
• 對象實例（包括數組、String、自定義類） 存放在堆中。
• 引用變量指向堆中對象，通過引用訪問對象屬性/方法時，才真正成為「對象操作」。

數組變量 vs 數組對象

String[] names = {"Michael", "Orson", "Andrew"}; // names: 棧上引用 → 堆上 String[3] 對象
String[] animal = new String[4];                // animal: 棧上引用 → 堆上 String[4] 對象
names = animal; // names 引用指向 animal 所指對象，原 String[3] 變為垃圾
System.out.println(names.length); // 4
System.out.println(animal.length); // 4

關鍵點：數組大小不可變，但引用變量可指向不同大小的數組對象。賦值只是複製引用，不複製對象。

圖解內存結構

• 藍虛線：賦值前 names 指向長度 3 數組，animal 指向長度 4 數組。
• 紅實線：賦值後兩引用共指長度 4 數組；長度 3 數組無引用，待 GC 回收。

基本類型值也在堆？

String[] arr = {"Michael", "Orson"}; // "Michael" 是 String 對象，在堆
// 字面量 "Michael" 在常量池（堆的一部分），arr[0] 引用指向它

基本類型局部變量（如 int age = 10;）確在棚；但作為對象字段或數組元素時，隨對象在堆。

對象「誕生」時刻

class Animal { String name; int age; }
Animal[] animals = new Animal[2]; // animals: 引用 → 堆 Animal[2]（元素均 null）
Animal cat = new Animal("cat", 1); // cat: 引用 → 堆 Animal 對象
Animal dog = new Animal("dog", 2);
animals[0] = dog; // animals[0] 引用指向 dog 所指對象
animals[1] = cat;
dog.info();       // dog 引用調用方法 → 真正操作堆上對象
animals[0].info(); // 同一對象，輸出相同

• 只有當引用變量調用方法/訪問字段時，才發生真正的對象操作（解引用）。
• 賦值 animals[0] = dog 只是複製引用，不創建新對象。

GC 根與回收

• 棧上引用是 GC Root，可達性分析起點。
• names = animal 後，原 String[3] 無 GC Root 可達，下次 GC 回收。
• 循環引用（A→B→A）若無 GC Root 可達，同樣可被回收（JDK 1.2+ 採用可達性分析）。

實戰啟示

1. 大數組、大對象避免頻繁賦值導致舊對象堆積，增加 GC 壓力。
2. 集合類（ArrayList 等）內部封裝數組，擴容本質是新建數組+複製引用，同理。
3. 方法參數傳遞是值傳遞：基本類型傳值，引用類型傳引用值（地址），無法在方法內改變實參引用指向。
4. 使用 -Xmx -Xms 設定堆大小，配合 -XX:+PrintGCDetails 觀察數組分配回收行為。