問題：在java中，一維陣列和二維陣列在資料量一樣的情況下，開闢的記憶體大小是怎樣的？

一、嘗試階段：

1、程式碼一：

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;
		}

		//獲得佔用記憶體總數，並將單位轉換為MB
		long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
		System.out.println("用一維陣列儲存佔用記憶體總量為："+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;
		}

		//獲得佔用記憶體總數，並將單位轉換為MB
		long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
		System.out.println("用二維陣列儲存佔用記憶體總量為："+memory2+"MB");
	}
}
 

2、執行結果：

用一維陣列儲存佔用記憶體總量為：123MB
用二維陣列儲存佔用記憶體總量為：123MB

 3、結果有悖於常識，百思不得解。後來查閱了資料，發現了了問題所在。下面補充幾個知識點：

      最近在網上看到一些人討論到java.lang.Runtime類中的freeMemory(),totalMemory(),maxMemory ()這幾個方法的一些問題，很多人感到很疑惑，為什麼，在java程式剛剛啟動起來的時候freeMemory()這個方法返回的只有一兩兆位元組，而隨著 java程式往前執行，建立了不少的物件，freeMemory()這個方法的返回有時候不但沒有減少，反而會增加。這些人對freeMemory()這 個方法的意義應該有一些誤解，他們認為這個方法返回的是作業系統的剩餘可用記憶體，其實根本就不是這樣的。這三個方法反映的都是java這個程序的記憶體情 況，跟作業系統的記憶體根本沒有關係。下面結合totalMemory(),maxMemory()一起來解釋。

1）maxMemory()這個方法返回的是java虛擬機器（這個程序）能構從作業系統那裡挖到的最大的記憶體，以位元組為單位，如果在執行java程式的時 候，沒有新增-Xmx引數，那麼就是64兆，也就是說maxMemory()返回的大約是64*1024*1024位元組，這是java虛擬機器預設情況下能 從作業系統那裡挖到的最大的記憶體。如果添加了-Xmx引數，將以這個引數後面的值為準，例如java -cp ClassPath -Xmx512m ClassName，那麼最大記憶體就是512*1024*0124位元組。

2）totalMemory()這個方法返回的是java虛擬機器現在已經從作業系統那裡挖過來的記憶體大小，也就是java虛擬機器這個程序當時所佔用的所有 記憶體。如果在執行java的時候沒有新增-Xms引數，那麼，在java程式執行的過程的，記憶體總是慢慢的從作業系統那裡挖的，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引數，程式在啟動的時候就會無條件的從作業系統中挖- Xms後面定義的記憶體數，然後在這些記憶體用的差不多的時候，再去挖。

3）freeMemory()是什麼呢，剛才講到如果在執行java的時候沒有新增-Xms引數，那麼，在java程式執行的過程的，記憶體總是慢慢的從操 作系統那裡挖的，基本上是用多少挖多少，但是java虛擬機器100％的情況下是會稍微多挖一點的，這些挖過來而又沒有用上的記憶體，實際上就是 freeMemory()，所以freeMemory()的值一般情況下都是很小的，但是如果你在執行java程式的時候使用了-Xms，這個時候因為程 序在啟動的時候就會無條件的從作業系統中挖-Xms後面定義的記憶體數，這個時候，挖過來的記憶體可能大部分沒用上，所以這個時候freeMemory()可 能會有些大。

結果異常的根源：totalMemory() 減去freeMemory()才是真正給陣列開闢的記憶體大小！！！

4、修改程式碼：

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;
		}

		//獲得佔用記憶體總數，並將單位轉換為MB
		long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
		//long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
		System.out.println("用一維陣列儲存佔用記憶體總量為："+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;
		}

		//獲得佔用記憶體總數，並將單位轉換為MB
		long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
		//long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
		System.out.println("用二維陣列儲存佔用記憶體總量為："+memory2+"MB");
	}
}

第二次執行結果： 

用一維陣列儲存佔用記憶體總量為：10MB
用二維陣列儲存佔用記憶體總量為：37MB

5、程式碼三：

import java.util.Arrays;
	public class OneArrayMemory {
		public static void main(String[] args) {
    		long startTime1 = System.currentTimeMillis(); // 獲取開始時間
    		int num1 = 1024 * 1024 * 2;
    		int[] arr1 = new int[num1];
    		Arrays.fill(arr1, 1);

    		// 獲得佔用記憶體總數，並將單位轉換成MB
    		long memory1 = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
    		System.out.println("用一維陣列儲存佔用記憶體總量為：" + memory1 + "MB");
    		long endTime1 = System.currentTimeMillis(); // 獲取結束時間
    		System.out.println("程式執行時間： " + (endTime1 - startTime1) + "ms");

    		long startTime2 = System.currentTimeMillis(); // 獲取開始時間
    		int num2 = 1024 * 1024;
    		int[][] arr2 = new int[num2][2];
    		for (int[] i : arr2) {
        		Arrays.fill(i, 1);
    		}

    		// 獲得佔用記憶體總數，並將單位轉換成MB
    		long memory2 = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 - Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024;
    		System.out.println("用二維陣列儲存佔用記憶體總量為：" + memory2 + "MB");
    		long endTime2 = System.currentTimeMillis(); // 獲取結束時間
    		System.out.println("程式執行時間： " + (endTime2 - startTime2) + "ms");
		}

	}

執行結果：

用一維陣列儲存佔用記憶體總量為：10MB
程式執行時間： 12ms
用二維陣列儲存佔用記憶體總量為：38MB
程式執行時間： 115ms

二、結論：資料量相同的情況下，二維陣列比一維陣列需要開闢更大的記憶體空間。

三、分析

1、一個完整的Java程式執行過程會涉及以下記憶體區域：

暫存器：JVM內部虛擬暫存器，存取速度非常快，程式不可控制。

棧：儲存區域性變數的值，包括：1.用來儲存基本資料型別的值；2.儲存類的例項，即堆區物件的引用(指標)。也可以用來儲存載入方法時的幀。

堆：用來存放動態產生的資料，比如new出來的物件。注意創建出來的物件只包含屬於各自的成員變數，並不包括成員方法。因為同一個類的物件擁有各自的成員變數，儲存在各自的堆中，但是他們共享該類的方法，並不是每建立一個物件就把成員方法複製一次。

常量池：JVM為每個已載入的型別維護一個常量池，常量池就是這個型別用到的常量的一個有序集合。包括直接常量(基本型別，String)和對其他型別、方法、欄位的符號引用(1)。池中的資料和陣列一樣通過索引訪問。由於常量池包含了一個型別所有的對其他型別、方法、欄位的符號引用，所以常量池在Java的動態連結中起了核心作用。常量池存在於堆中。

程式碼段：用來存放從硬碟上讀取的源程式程式碼。

資料段：用來存放static定義的靜態成員。

Java中有兩種型別的陣列：

• 基本資料型別陣列；
• 物件陣列；

2、當一個物件使用關鍵字“new”建立時，會在堆上分配記憶體空間，然後返回物件的引用，這對陣列來說也是一樣的，因為陣列也是一個物件；

1）一維陣列

int[] arr = new int[3];

在以上程式碼中，arr變數存放了陣列物件的引用；如果你建立了空間大小為10的整形陣列，情況是一樣的，一個數組物件所佔的空間在堆上被分配，然後返回其引用；

2）二維陣列

那麼二維陣列是如何儲存的呢？事實上，在Java中只有一維陣列，二維陣列是一個存放了陣列的陣列，如下程式碼及示意圖：

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

對於多維陣列來說，道理是一樣的；

由此可見，資料量相同的情況下，開闢多維陣列會產生更大的開銷。

3）趣事：對於java二維陣列建議 Int[][] arr=new Int[2][100] 而不要使用int[][] arr=new int[100][2]，因為後者會產生更多的開銷。