Java 基礎核心：深入理解物件參考與記憶體模型

我們日常編寫 Java 程式時頻繁使用「物件」概念，但物件在記憶體中究竟如何儲存？理解物件參考是掌握 Java 記憶體模型、垃圾回收機制與參數傳遞行為的關鍵基石。

什麼是物件參考？

以簡單的 Human 類別為例：

public class Human {
    private int height;
    
    public Human(int h) { this.height = h; }
    public int getHeight() { return height; }
    public void growHeight(int h) { height += h; }
}

在 main 方法中建立物件：

Human aPerson = new Human(160);

這行程式碼背後發生了三件關鍵事：

1. new 在堆疊上配置空間：物件實際資料（欄位、方法）儲存在 JVM 堆疊記憶體中
2. 參考變數存在堆疊：aPerson 是參考型別變數，儲存在執行緒私有的堆疊記憶體
3. 賦值的是記憶體位址：等號右邊 new 建立物件的堆疊位址，賦值給左邊的參考變數

參考與物件的關係：風箏與人的比喻

參考就像手中的風箏線，物件是天空中的風箏。程式碼中看到的是參考（風箏線），但實際操作的是物件（風箏）。所有存取物件的路徑都必須透過參考，Java 不允許直接操作記憶體位址（不像 C/C++ 的指標運算）。

參考賦值：多條線繫同一風箏

Human dummyPerson = aPerson;

這行程式碼複製的是參考值（位址），而非物件本身。兩個參考指向同一個堆疊物件。透過任一參考修改物件狀態，另一個參考讀取時都會看到變化：

Human aPerson = new Human(160);
Human dummyPerson = aPerson;
System.out.println(dummyPerson.getHeight()); // 160
aPerson.growHeight(20);
System.out.println(dummyPerson.getHeight()); // 180 - 受影響！

結論：參考賦值 ≠ 物件複製。若需複製物件，須實作 clone()、建構子複製或序列化等機制。

基本型別 vs 參考型別儲存差異

基本型別宣告不需 new，JVM 直接在堆疊儲存數值；參考型別必須 new 在堆疊建立物件。

垃圾回收機制

JVM 內建垃圾回收器（GC），核心原則：

• 可達性分析：從 GC Roots（堆疊區參考、靜態欄位、JNI 參考等）出發，無法到達的物件視為垃圾
• 方法結束：區域參考變數隨堆疊幀銷毀，若該物件無其他參考指向，下次 GC 即可回收
• 記憶體洩漏風險：長生命週期物件（靜態集合、單例）持有短生命週期物件參考，導致無法回收

參數傳遞：唯有「值傳遞」

Java 方法參數傳遞永遠是值傳遞：

• 基本型別：複製數值本身，方法內修改不影響原變數
• 參考型別：複製參考值（位址），方法內可透過參考修改物件內容，但無法改變呼叫端的參考指向

void modify(Human h) {
    h.growHeight(10);        // 影響原物件 ✓
    h = new Human(200);      // 只改變區域參考 h，呼叫端不受影響 ✗
}

總結重點

• new = 在堆疊建立物件，回傳位址
• 參考在堆疊，物件在堆疊，兩者分離
• 參考賦值複製位址，非複製物件
• 無參考指向的物件會被 GC 回收
• Java 只有值傳遞，參考型別傳的是「位址的值」