【java基础】——一维数组和二维数组存储占用内存大小问题

妖狐艹你老母 2022-04-18 03:33 200阅读 0赞

### **问题：在java中，一维数组和二维数组在数据量一样的情况下，开辟的内存大小是怎样的？** ###

### 一、尝试阶段： ###

1、代码一：

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;
    		}
    
    		//获得占用内存总数，并将单位转换为MB
    		long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
    		System.out.println("用一维数组存储占用内存总量为："+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;
    		}
    
    		//获得占用内存总数，并将单位转换为MB
    		long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
    		System.out.println("用二维数组存储占用内存总量为："+memory2+"MB");
    	}
    }

2、运行结果：

用一维数组存储占用内存总量为：123MB
    用二维数组存储占用内存总量为：123MB

3、结果有悖于常识，百思不得解。后来查阅了资料，发现了了问题所在。下面补充几个知识点：

最近在网上看到一些人讨论到java.lang.Runtime类中的freeMemory(),totalMemory(),maxMemory ()这几个方法的一些问题，很多人感到很疑惑，为什么，在java程序刚刚启动起来的时候freeMemory()这个方法返回的只有一两兆字节，而随着 java程序往前运行，创建了不少的对象，freeMemory()这个方法的返回有时候不但没有减少，反而会增加。这些人对freeMemory()这 个方法的意义应该有一些误解，他们认为这个方法返回的是操作系统的剩余可用内存，其实根本就不是这样的。这三个方法反映的都是java这个进程的内存情 况，跟操作系统的内存根本没有关系。下面结合totalMemory(),maxMemory()一起来解释。

1）**maxMemory()**这个方法返回的是java虚拟机（这个进程）能构从操作系统那里挖到的最大的内存，以字节为单位，如果在运行java程序的时 候，没有添加-Xmx参数，那么就是64兆，也就是说maxMemory()返回的大约是64\*1024\*1024字节，这是java虚拟机默认情况下能 从操作系统那里挖到的最大的内存。如果添加了-Xmx参数，将以这个参数后面的值为准，例如java -cp ClassPath -Xmx512m ClassName，那么最大内存就是512\*1024\*0124字节。

2）**totalMemory()**这个方法返回的是java虚拟机现在已经从操作系统那里挖过来的内存大小，也就是java虚拟机这个进程当时所占用的所有 内存。如果在运行java的时候没有添加-Xms参数，那么，在java程序运行的过程的，内存总是慢慢的从操作系统那里挖的，基本上是用多少挖多少，直 挖到maxMemory()为止，所以totalMemory()是慢慢增大的。如果用了-Xms参数，程序在启动的时候就会无条件的从操作系统中挖- Xms后面定义的内存数，然后在这些内存用的差不多的时候，再去挖。

3）**freeMemory()**是什么呢，刚才讲到如果在运行java的时候没有添加-Xms参数，那么，在java程序运行的过程的，内存总是慢慢的从操 作系统那里挖的，基本上是用多少挖多少，但是java虚拟机100％的情况下是会稍微多挖一点的，这些挖过来而又没有用上的内存，实际上就是 freeMemory()，所以freeMemory()的值一般情况下都是很小的，但是如果你在运行java程序的时候使用了-Xms，这个时候因为程 序在启动的时候就会无条件的从操作系统中挖-Xms后面定义的内存数，这个时候，挖过来的内存可能大部分没用上，所以这个时候freeMemory()可 能会有些大。

**结果异常的根源：totalMemory() 减去freeMemory()才是真正给数组开辟的内存大小！！！**

4、修改代码：

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;
    		}
    
    		//获得占用内存总数，并将单位转换为MB
    		long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
    		//long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
    		System.out.println("用一维数组存储占用内存总量为："+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;
    		}
    
    		//获得占用内存总数，并将单位转换为MB
    		long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
    		//long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
    		System.out.println("用二维数组存储占用内存总量为："+memory2+"MB");
    	}
    }

第二次运行结果：

用一维数组存储占用内存总量为：10MB
    用二维数组存储占用内存总量为：37MB

5、代码三：

import java.util.Arrays;
    	public class OneArrayMemory {
    		public static void main(String[] args) {
        		long startTime1 = System.currentTimeMillis(); // 获取开始时间
        		int num1 = 1024 * 1024 * 2;
        		int[] arr1 = new int[num1];
        		Arrays.fill(arr1, 1);
    
        		// 获得占用内存总数，并将单位转换成MB
        		long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
        		System.out.println("用一维数组存储占用内存总量为：" + memory1 + "MB");
        		long endTime1 = System.currentTimeMillis(); // 获取结束时间
        		System.out.println("程序运行时间： " + (endTime1 - startTime1) + "ms");
    
        		long startTime2 = System.currentTimeMillis(); // 获取开始时间
        		int num2 = 1024 * 1024;
        		int[][] arr2 = new int[num2][2];
        		for (int[] i : arr2) {
            		Arrays.fill(i, 1);
        		}
    
        		// 获得占用内存总数，并将单位转换成MB
        		long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
        		System.out.println("用二维数组存储占用内存总量为：" + memory2 + "MB");
        		long endTime2 = System.currentTimeMillis(); // 获取结束时间
        		System.out.println("程序运行时间： " + (endTime2 - startTime2) + "ms");
    		}
    
    	}

运行结果：

用一维数组存储占用内存总量为：10MB
    程序运行时间： 12ms
    用二维数组存储占用内存总量为：38MB
    程序运行时间： 115ms

### 二、结论：数据量相同的情况下，二维数组比一维数组需要开辟更大的内存空间。 ###

### 三、分析 ###

1、一个完整的Java程序运行过程会涉及以下内存区域：

**寄存器**：JVM内部虚拟寄存器，存取速度非常快，程序不可控制。

**栈**：保存局部变量的值，包括：1.用来保存基本数据类型的值；2.保存类的实例，即堆区对象的引用(指针)。也可以用来保存加载方法时的帧。

**堆**：用来存放动态产生的数据，比如new出来的对象。注意创建出来的对象只包含属于各自的成员变量，并不包括成员方法。因为同一个类的对象拥有各自的成员变量，存储在各自的堆中，但是他们共享该类的方法，并不是每创建一个对象就把成员方法复制一次。

**常量池**：JVM为每个已加载的类型维护一个常量池，常量池就是这个类型用到的常量的一个有序集合。包括直接常量(基本类型，String)和对其他类型、方法、字段的符号引用(1)。池中的数据和数组一样通过索引访问。由于常量池包含了一个类型所有的对其他类型、方法、字段的符号引用，所以常量池在Java的动态链接中起了核心作用。常量池存在于堆中。

**代码段**：用来存放从硬盘上读取的源程序代码。

**数据段**：用来存放static定义的静态成员。

[![9825bc315c6034a81d63c002c7134954082376ab.jpg][]][9825bc315c6034a81d63c002c7134954082376ab.jpg 1]

Java中有两种类型的数组：

*  基本数据类型数组；
 *  对象数组；

2、当一个对象使用关键字“new”创建时，会在堆上分配内存空间，然后返回对象的引用，这对数组来说也是一样的，因为数组也是一个对象；

1）一维数组

int[] arr = new int[3];

在以上代码中，arr变量存放了数组对象的引用；如果你创建了空间大小为10的整形数组，情况是一样的，一个数组对象所占的空间在堆上被分配，然后返回其引用；

![879896-20160513152924249-1835974754.jpg][]

2）二维数组

那么二维数组是如何存储的呢？事实上，在Java中只有一维数组，二维数组是一个存放了数组的数组，如下代码及示意图：

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

![879896-20160513153325593-1852958590.jpg][]

对于多维数组来说，道理是一样的；

由此可见，数据量相同的情况下，开辟多维数组会产生更大的开销。

3）趣事：对于java二维数组建议 Int\[\]\[\] arr=new Int\[2\]\[100\] 而不要使用int\[\]\[\] arr=new int\[100\]\[2\]，因为后者会产生更多的开销。

[9825bc315c6034a81d63c002c7134954082376ab.jpg]: /images/20220418/24d344c821d64f249d6abdc524b500ca.png
[9825bc315c6034a81d63c002c7134954082376ab.jpg 1]: https://gss0.baidu.com/-Po3dSag_xI4khGko9WTAnF6hhy/zhidao/pic/item/9825bc315c6034a81d63c002c7134954082376ab.jpg
[879896-20160513152924249-1835974754.jpg]: /images/20220418/2e48558a882a4908a6feaed7d1fa23a1.png
[879896-20160513153325593-1852958590.jpg]: /images/20220418/65f359a96fb54bf1ae77debc241116d9.png