call by value or reference ?

Posted 2020-09-03 imhuster

Java中参数传递是传值还是传引用呢？很多人遇到这个问题都会马上给你抛出这个例子：

class Entry{
    Integer value;
    public Entry(Integer v){
        this.value = v;
    }
   @Override
    public String toString() {
        return "Entry[value=" + value + "]";
    }
}
public class CallByDemo{
    public static void swap(int a,int b){
        int temp = a;
        a = b;
        b = a;
    }
    public static void swap(Entry e1,Entry e2){
        Integer temp = e1.value;
        e1.value = e2.value;
        e2.value = temp;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 2;
        System.out.println("before:a="+a+",b="+b);
        swap(a,b);
        System.out.println("after :a="+a+",b="+b);
        Entry e1 = new Entry(new Integer(1000));
        Entry e2 = new Entry(new Integer(2000));   
        System.out.println("before:e1="+e1+"e2="+e2);
        swap(e1,e2);
        System.out.println("after :e1="+e1+"e2="+e2);
    }
}

运行结果:

before:a=1,b=2
after :a=1,b=2
before:e1=Entry[value=1000]e2=Entry[value=2000]
after : e1=Entry [value=2000 ]e2=Entry[value=1000]

然后言之凿凿地抛出这个结论：

1. 当参数为基本类型时为传值
2. 当参数为对象引用类型为传引用

好像没有毛病啊，但是如果我把swap(Entry e1,Entry e2)改成这样呢？

public static void swap(Entry e1,Entry e2){
    Entry temp = e1;//Integer temp = e1.value;
    e1 = e2;   //e1.value = e2.value;
    e2 = temp;//e2.value = temp;
}

再次运行发现结果变成了这样：

before:a=1,b=2
after :a=1,b=2
before:e1=Entry[value=1000]e2=Entry[value=2000]
after : e1=Entry [value=1000 ]e2=Entry[value=2000]

什么？怎么会这样？

为了解释这个问题，我们不妨看一下Java运行时内存结构:

Java堆 (Java Heap)

1. 作用：存放几乎所有的对象实例和数组
2. 组成
   
   • 新生代(Young Generation)
     
     • Eden区：存放新创建的对象或短期的对象
     • Survivor区：存放GC后的幸存的或中期的对象
   • 老年代(Old Generation)：存放GC多次后始终存在或者长期的对象及Survivor区放不下的大对象
   • 永久代(Permanent Generation)：永久代在JDK8中被完全地移除
3. 是否线程共享：是

Java虚拟机栈(JVM Stacks)

1. 作用：存放栈帧
2. 组成：栈帧
3. 是否线程共享：线程私有的，生命周期和线程的相同

栈帧(Stack Frame)
- 作用：方法在执行的时候，都会有一个栈帧创建出来，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息
- 组成：
- 局部变量表(Local Variables)：存放编译时可知的各种基本数据类型、对象引用
- 操作数栈(Operand Stacks)：供方法调用时进行各种运算
- 动态链(Dynamic Linking)：
- 方法出口

方法区(Method Area)

1. 作用：存放被虚拟机加载的类的结构信息（如：字段和方法数据、方法的字节码、运行时常量池等）、常量，静态变量及类、实例、接口初始化时用到的特殊方法。
2. 组成：方法区是堆的逻辑组成部分（有人称之为永久代 Permanent Generation）
3. 是否线程共享：是

本地方法栈(Native Method Stacks)

1. 作用：存放本地方法调用时的栈帧
2. 组成：栈帧
3. 是否线程共享：线程私有的，生命周期和线程的相同
4. 虚拟机执行Native方法时使用，不同的虚拟机有不同的实现方法，HotSpot虚拟机的本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

PC寄存器/程序计数器(pc Register)

1. 作用：保存JVM正在执行方法的字节码指令的地址,如果该方法为native本地方法则为undefined
2. 组成：一块至少能够保存一个本地指针或者returnAddress的值的内存空间
3. 是否线程共享：每个线程都有一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储

OK，我们再来分析一下上面的问题：

其实呢，Java采用的是传值（call by value），形参只是实际参数的一个拷贝，形参不能修改实参的内容。

1. 当值为基本数据类型时，swap(int,int)方法中的局部变量a,b接收传入的值并保存在与该方法对应的栈帧的局部变量表中。而main方法中的a,b保存在main方法对应的栈帧的局部变量表中，修改swap方法中的a,b对main方法中的a,b没有任何影响，所以交换失败。

2. 当值为引用类型时，传入方法的也是它的一个拷贝，当然这个拷贝有点特殊，它是Java Heap中的对象（Entry_e1、Entry_e2）的一个引用。该引用也保存在对应的栈帧的局部变量表中，修改swap方法中的e1,e2的引用指向对main方法中的e1,e2没有任何影响，所以交换失败。但局部变量e1,e2可以通过引用改变Heap中的对象的状态，如第一段代码中在swap中的局部变量可以通过引用来修改Heap中的对象的value属性，从而达到交换属性中的目的。
   此外，需要注意的是Java中的某些类如：String、基本类型的包装类、BigInteger、BigDecimal是不可变的，即无法修改其内容。

最后总结一句：Java是方法调用是值传递！