一維數(shù)組和二維數(shù)組存儲占用內(nèi)存大小問題

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問題：在java中，一維數(shù)組和二維數(shù)組在數(shù)據(jù)量一樣的情況下，開辟的內(nèi)存大小是怎樣的？

一、嘗試階段：

1、代碼一：

public class OneArrayMemory{  public static void main(String[] args){    int num1 = 1024*1024*2;    int[] arr1 = new int[num1];    for(int i = 0;i < arr1.length;i++){      arr1[i] = i;    }
    //獲得占用內(nèi)存總數(shù)，并將單位轉(zhuǎn)換為MB    long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;    System.out.println("用一維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為："+memory1+"MB");
    int nums2 = 1024*1024;    int[][] arr2 = new int[nums2][2];    for(int i = 0;i < arr2.length;i++){      arr2[i][0] = i;      arr2[i][1] = i;    }
    //獲得占用內(nèi)存總數(shù)，并將單位轉(zhuǎn)換為MB    long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;    System.out.println("用二維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為："+memory2+"MB");  }}

2、運(yùn)行結(jié)果：

用一維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：123MB用二維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：123MB

?3、結(jié)果有悖于常識，百思不得解。后來查閱了資料，發(fā)現(xiàn)了了問題所在。下面補(bǔ)充幾個(gè)知識點(diǎn)：

? ? ? 最近在網(wǎng)上看到一些人討論到j(luò)ava.lang.Runtime類中的freeMemory(),totalMemory(),maxMemory ()這幾個(gè)方法的一些問題，很多人感到很疑惑，為什么，在java程序剛剛啟動起來的時(shí)候freeMemory()這個(gè)方法返回的只有一兩兆字節(jié)，而隨著 java程序往前運(yùn)行，創(chuàng)建了不少的對象，freeMemory()這個(gè)方法的返回有時(shí)候不但沒有減少，反而會增加。這些人對freeMemory()這 個(gè)方法的意義應(yīng)該有一些誤解，他們認(rèn)為這個(gè)方法返回的是操作系統(tǒng)的剩余可用內(nèi)存，其實(shí)根本就不是這樣的。這三個(gè)方法反映的都是java這個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存情 況，跟操作系統(tǒng)的內(nèi)存根本沒有關(guān)系。下面結(jié)合totalMemory(),maxMemory()一起來解釋。

1）maxMemory()這個(gè)方法返回的是java虛擬機(jī)（這個(gè)進(jìn)程）能構(gòu)從操作系統(tǒng)那里挖到的最大的內(nèi)存，以字節(jié)為單位，如果在運(yùn)行java程序的時(shí) 候，沒有添加-Xmx參數(shù)，那么就是64兆，也就是說maxMemory()返回的大約是64*1024*1024字節(jié)，這是java虛擬機(jī)默認(rèn)情況下能 從操作系統(tǒng)那里挖到的最大的內(nèi)存。如果添加了-Xmx參數(shù)，將以這個(gè)參數(shù)后面的值為準(zhǔn)，例如java -cp ClassPath -Xmx512m ClassName，那么最大內(nèi)存就是512*1024*0124字節(jié)。

2）totalMemory()這個(gè)方法返回的是java虛擬機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)從操作系統(tǒng)那里挖過來的內(nèi)存大小，也就是java虛擬機(jī)這個(gè)進(jìn)程當(dāng)時(shí)所占用的所有 內(nèi)存。如果在運(yùn)行java的時(shí)候沒有添加-Xms參數(shù)，那么，在java程序運(yùn)行的過程的，內(nèi)存總是慢慢的從操作系統(tǒng)那里挖的，基本上是用多少挖多少，直 挖到maxMemory()為止，所以totalMemory()是慢慢增大的。如果用了-Xms參數(shù)，程序在啟動的時(shí)候就會無條件的從操作系統(tǒng)中挖- Xms后面定義的內(nèi)存數(shù)，然后在這些內(nèi)存用的差不多的時(shí)候，再去挖。

3）freeMemory()是什么呢，剛才講到如果在運(yùn)行java的時(shí)候沒有添加-Xms參數(shù)，那么，在java程序運(yùn)行的過程的，內(nèi)存總是慢慢的從操 作系統(tǒng)那里挖的，基本上是用多少挖多少，但是java虛擬機(jī)100％的情況下是會稍微多挖一點(diǎn)的，這些挖過來而又沒有用上的內(nèi)存，實(shí)際上就是 freeMemory()，所以freeMemory()的值一般情況下都是很小的，但是如果你在運(yùn)行java程序的時(shí)候使用了-Xms，這個(gè)時(shí)候因?yàn)槌?序在啟動的時(shí)候就會無條件的從操作系統(tǒng)中挖-Xms后面定義的內(nèi)存數(shù)，這個(gè)時(shí)候，挖過來的內(nèi)存可能大部分沒用上，所以這個(gè)時(shí)候freeMemory()可 能會有些大。

結(jié)果異常的根源：totalMemory() 減去freeMemory()才是真正給數(shù)組開辟的內(nèi)存大?。。。?/span>

4、修改代碼：

public class OneArrayMemory{  public static void main(String[] args){    int num1 = 1024*1024*2;    int[] arr1 = new int[num1];    for(int i = 0;i < arr1.length;i++){      arr1[i] = i;    }
    //獲得占用內(nèi)存總數(shù)，并將單位轉(zhuǎn)換為MB    long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;    //long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;    System.out.println("用一維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為："+memory1+"MB");
    int nums2 = 1024*1024;    int[][] arr2 = new int[nums2][2];    for(int i = 0;i < arr2.length;i++){      arr2[i][0] = i;      arr2[i][1] = i;    }
    //獲得占用內(nèi)存總數(shù)，并將單位轉(zhuǎn)換為MB    long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;    //long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;    System.out.println("用二維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為："+memory2+"MB");  }}

第二次運(yùn)行結(jié)果：?

用一維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：10MB用二維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：37MB

5、代碼三：

import java.util.Arrays;  public class OneArrayMemory {    public static void main(String[] args) {        long startTime1 = System.currentTimeMillis(); // 獲取開始時(shí)間        int num1 = 1024 * 1024 * 2;        int[] arr1 = new int[num1];        Arrays.fill(arr1, 1);
        // 獲得占用內(nèi)存總數(shù)，并將單位轉(zhuǎn)換成MB        long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;        System.out.println("用一維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：" + memory1 + "MB");        long endTime1 = System.currentTimeMillis(); // 獲取結(jié)束時(shí)間        System.out.println("程序運(yùn)行時(shí)間：" + (endTime1 - startTime1) + "ms");
        long startTime2 = System.currentTimeMillis(); // 獲取開始時(shí)間        int num2 = 1024 * 1024;        int[][] arr2 = new int[num2][2];        for (int[] i : arr2) {            Arrays.fill(i, 1);        }
        // 獲得占用內(nèi)存總數(shù)，并將單位轉(zhuǎn)換成MB        long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;        System.out.println("用二維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：" + memory2 + "MB");        long endTime2 = System.currentTimeMillis(); // 獲取結(jié)束時(shí)間        System.out.println("程序運(yùn)行時(shí)間：" + (endTime2 - startTime2) + "ms");    }
  }

運(yùn)行結(jié)果：

用一維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：10MB程序運(yùn)行時(shí)間：12ms用二維數(shù)組存儲占用內(nèi)存總量為：38MB程序運(yùn)行時(shí)間：115ms

二、結(jié)論：數(shù)據(jù)量相同的情況下，二維數(shù)組比一維數(shù)組需要開辟更大的內(nèi)存空間。

三、分析

1、一個(gè)完整的Java程序運(yùn)行過程會涉及以下內(nèi)存區(qū)域：

寄存器：JVM內(nèi)部虛擬寄存器，存取速度非常快，程序不可控制。

棧：保存局部變量的值，包括：1.用來保存基本數(shù)據(jù)類型的值；2.保存類的實(shí)例，即堆區(qū)對象的引用(指針)。也可以用來保存加載方法時(shí)的幀。

堆：用來存放動態(tài)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，比如new出來的對象。注意創(chuàng)建出來的對象只包含屬于各自的成員變量，并不包括成員方法。因?yàn)橥粋€(gè)類的對象擁有各自的成員變量，存儲在各自的堆中，但是他們共享該類的方法，并不是每創(chuàng)建一個(gè)對象就把成員方法復(fù)制一次。

常量池：JVM為每個(gè)已加載的類型維護(hù)一個(gè)常量池，常量池就是這個(gè)類型用到的常量的一個(gè)有序集合。包括直接常量(基本類型，String)和對其他類型、方法、字段的符號引用(1)。池中的數(shù)據(jù)和數(shù)組一樣通過索引訪問。由于常量池包含了一個(gè)類型所有的對其他類型、方法、字段的符號引用，所以常量池在Java的動態(tài)鏈接中起了核心作用。常量池存在于堆中。

代碼段：用來存放從硬盤上讀取的源程序代碼。

數(shù)據(jù)段：用來存放static定義的靜態(tài)成員。

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Java中有兩種類型的數(shù)組：

• 基本數(shù)據(jù)類型數(shù)組；

• 對象數(shù)組；

2、當(dāng)一個(gè)對象使用關(guān)鍵字“new”創(chuàng)建時(shí)，會在堆上分配內(nèi)存空間，然后返回對象的引用，這對數(shù)組來說也是一樣的，因?yàn)閿?shù)組也是一個(gè)對象；

1）一維數(shù)組

int[] arr = new int[3];

在以上代碼中，arr變量存放了數(shù)組對象的引用；如果你創(chuàng)建了空間大小為10的整形數(shù)組，情況是一樣的，一個(gè)數(shù)組對象所占的空間在堆上被分配，然后返回其引用；

2）二維數(shù)組

那么二維數(shù)組是如何存儲的呢？事實(shí)上，在Java中只有一維數(shù)組，二維數(shù)組是一個(gè)存放了數(shù)組的數(shù)組，如下代碼及示意圖：

int[][] arr = new int[3][];arr[0] = new int[3];arr[1] = new int[5];arr[2] = new int[4];

對于多維數(shù)組來說，道理是一樣的；

由此可見，數(shù)據(jù)量相同的情況下，開辟多維數(shù)組會產(chǎn)生更大的開銷。

3）趣事：對于java二維數(shù)組建議 Int[][] arr=new Int[2][100] 而不要使用int[][] arr=new int[100][2]，因?yàn)楹笳邥a(chǎn)生更多的開銷。

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