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深入理解 Java 陣列記憶體分配：引用變數、堆疊與垃圾回收機制

編輯：Java 程式設計入門

前言：一個顛覆認知的現象

許多 Java 入門書都說：「基本型別存在堆疊，物件存在堆積」。但當你實際執行以下程式碼時，會發現事情沒那麼簡單：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String[] names = { "Michael", "Orson", "Andrew" }; // 靜態初始化，長度 3
        String[] animal = new String[4];                  // 動態初始化，長度 4
        names = animal;                                   // 將 names 指向 animal 所參考的陣列
        System.out.println(names.length);  // 輸出 4
        System.out.println(animal.length); // 輸出 4
    }
}

明明 names 原本長度是 3，animal 是 4，賦值後兩者長度同為 4。這是否意味著「陣列大小改變了」？答案是否定的——這揭示了引用變數與陣列物件的本質區別。

核心概念釐清

1. 引用變數 ≠ 物件本身

names 和 animal 只是引用變數（類似 C/C++ 的指標），它們儲存在堆疊中，佔據固定大小的記憶體空間（存放記憶體位址）。真正的陣列物件（包含長度、元素資料）建立在堆積上，大小一經確定不可變更。

2. 賦值操作的本質

names = animal; 只是讓 names 這個引用變數複製了 animal 手中的「地址」，兩個變數現在指向同一個堆積上的陣列物件。原本 names 指向的長度為 3 的陣列物件因無人引用，將被 GC 回收。

藍虛線：賦值前；紅線：賦值後。兩變數共同指向同一堆積物件，原物件成垃圾。

3. 基本型別也能在堆積？

陣列元素若為基本型別（如 int[]），值直接儲存在陣列物件內部（堆積上）；若為參考型別（如 String[]），元素儲存的是指向堆積上 String 物件的引用。圖中 "Michael" 等字串常數同樣駐留在堆積（字串常數池）。

正確的記憶體模型描述

區域變數（含基本型別變數、引用變數）存放在堆疊；引用變數所指向的物件（陣列、類實例）存放在堆積。

Java 堆積上的物件無法直接訪問，必須透過堆疊上的引用變數作為「中介」。只有當引用變數呼叫物件方法或存取屬性時（如 dog.info()、animal[0].info()），才真正操作到堆積上的實體物件。

進階範例：物件陣列與多重引用

public class Animal {
    private String name;
    private int age;
    public Animal(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; }
    public void info() { System.out.println(name + " " + age); }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animal = new Animal[2];   // 堆積建立長度 2 的 Animal 陣列（元素初值 null）
        Animal cat = new Animal("cat", 1); // 堆積建立 cat 物件，堆疊 cat 變數存引用
        Animal dog = new Animal("dog", 2); // 堆積建立 dog 物件，堆疊 dog 變數存引用
        animal[0] = dog;  // animal[0] 與 dog 指向同一物件
        animal[1] = cat;  // animal[1] 與 cat 指向同一物件

        System.out.println(animal.length); // 2
        dog.info();        // dog 2
        animal[0].info();  // dog 2  同一物件
    }
}