整数数组在 JVM 内部是如何存储的？

Question

java 中的 int 数组在内存中存储为 32 位值的块。Integer 对象数组是如何存储的？IE。

int[] vs. Integer[]

我想象 Integer 数组中的每个元素都是对 Integer 对象的引用，并且 Integer 对象具有对象存储开销，就像任何其他对象一样。

然而，我希望 JVM 在幕后能发挥一些神奇的聪明才智，因为整数是不可变的，并且就像整数数组一样存储它。

我的希望是不是太天真了？在性能至关重要的应用程序中，整数数组是否比 int 数组慢得多？

Answer 1

据我所知，没有任何虚拟机会像 int[] 数组那样存储 Integer[] 数组，原因如下：

1. 可以有 无效的 数组中的整数对象，并且在 int 数组中没有剩余的位来指示这一点。不过，VM 可以将每个数组槽的 1 位信息存储在隐藏的位数组中。
2. 您可以同步整数数组的元素。作为第一点，这一点更难克服，因为您必须为每个数组槽存储一个监视器对象。
3. Integer[] 的元素可以进行同一性比较。例如，您可以通过以下方式创建两个值为 1 的 Integer 对象 新的 并将它们存储在不同的数组槽中，稍后检索它们并通过 == 进行比较。这肯定会导致错误，因此您必须将此信息存储在某个地方。或者，您在某处保留对 Integer 对象之一的引用，并使用它进行比较，并且您必须确保 == 比较之一为假，另一为真。这意味着对象身份的整个概念对于 优化 整数数组。
4. 您可以将 Integer[] 转换为例如Object[] 并将其传递给只需要一个 Object[] 的方法。这意味着处理 Object[] 的所有代码现在也必须能够处理特殊的 Integer[] 对象，从而使其速度更慢且更大。

考虑到所有这些，可能可以制作一个特殊的 Integer[] ，与 幼稚的 实现，但额外的复杂性可能会影响许多其他代码，最终使其变慢。

使用 Integer[] 代替 int[] 的空间和时间开销可能会非常大。在典型的 32 位 VM 上，Integer 对象将消耗 16 个字节（8 个字节用于对象头，4 个字节用于有效负载，4 个附加字节用于对齐），而 Integer[] 使用与 int[] 一样多的空间。在 64 位 VM 中（使用 64 位指针，但情况并非总是如此），Integer 对象将消耗 24 个字节（16 个用于标头，4 个用于有效负载，4 个用于对齐）。此外，Integer[] 中的槽将使用 8 个字节，而不是 int[] 中的 4 个字节。这意味着您预计的开销为 16 至 28 每个插槽字节，这是 4 到 7 的因数 与普通 int 数组相比。

性能开销也可能很大，主要有两个原因：

1. 由于使用了更多内存，因此对内存子系统施加了更大的压力，在 Integer[] 的情况下更有可能发生缓存未命中。例如，如果您以线性方式遍历 int[] 的内容，则缓存将在您需要时已获取大部分条目（因为布局也是线性的）。但对于 Integer 数组，Integer 对象本身可能随机分散在堆中，使得缓存很难猜测下一个内存引用将指向哪里。
2. 垃圾回收必须做更多的工作，因为使用了额外的内存，并且它必须单独扫描和移动每个 Integer 对象，而在 int[] 的情况下，它只是一个对象，并且对象的内容不会必须被扫描（它们不包含对其他对象的引用）。

总而言之，在性能关键的工作中使用 int[] 比在当前虚拟机中使用 Integer 数组要快得多，内存效率也高，而且在不久的将来这种情况不太可能发生太大变化。

Answer 2

约翰·罗斯致力于 固定数 在JVM中解决这个问题。

Answer 3

我认为你的希望太天真了。具体来说，它需要处理 Integer 可能为 null 而 int 不能为 null 的问题。仅此一点就足以存储对象指针。

也就是说，实际的对象指针将指向一个不可变的 int 实例，特别是对于整数的选择子集。

Answer 4

它不会慢很多，但是因为 Integer[] 必须接受“null”作为条目，而 int[] 则不必接受，所以即使 Integer[] 由一个整数[]。

因此，如果每一点性能都很重要，那么用户 int[]

Answer 5

Integer 可以为 null，而 int 不能为 null 的原因是，Integer 是一个成熟的 Java 对象，具有其中包含的所有开销。这很有价值，因为你可以写

Integer foo = new Integer();
foo = null; 

这很好地表明 foo 将会有一个值，但它还没有。

另一个区别是 int 不执行溢出计算。例如，

int bar = Integer.MAX_VALUE;
bar++;

会愉快地增加 bar 并且你最终会得到一个非常负的数字，这可能不是你最初想要的。

foo = Integer.MAX_VALUE;
foo++;

会抱怨，我认为这是更好的行为。

最后一点是，Integer 作为 Java 对象，会带来对象的空间开销。我认为其他人可能需要在这里插话，但我相信每个对象消耗 12 个字节的开销，然后是数据存储本身的空间。如果您追求性能和空间，我想知道 Integer 是否是正确的解决方案。