java - 整数数组如何在 JVM 内部存储？

Question

Java 中的整数数组作为 32 位值块存储在内存中。如何存储 Integer 对象数组？IE

int[] vs. Integer[]

我想 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 在后台做一些神奇的聪明，因为整数是不可变的，并且像整数数组一样存储它。

我的希望是不是太天真了？在每最后一盎司的性能都很重要的应用程序中，整数数组是否比 int 数组慢得多？

Answer 1

我所知道的任何 VM 都不会像 int[] 数组那样存储 Integer[] 数组，原因如下：

1. 数组中可以有null Integer 对象，并且在 int 数组中没有剩余用于指示这一点的位。但是，VM 可以将每个阵列槽的 1 位信息存储在一个隐藏的位阵列中。
2. 您可以在整数数组的元素中进行同步。作为第一点，这更难克服，因为您必须为每个数组插槽存储一个监视器对象。
3. Integer[] 的元素可以进行身份​​比较。例如，您可以通过new创建两个值为 1 的 Integer 对象，并将它们存储在不同的数组槽中，然后您可以检索它们并通过 == 进行比较。这一定会导致错误，因此您必须将此信息存储在某处。或者，您在某处保留对 Integer 对象之一的引用并将其用于比较，并且您必须确保 == 比较之一为假，一个为真。这意味着对于优化的Integer 数组，对象标识的整个概念很难处理。
4. 您可以将 Integer[] 强制转换为例如 Object[] 并将其传递给只需要 Object[] 的方法。这意味着所有处理 Object[] 的代码现在也必须能够处理特殊的 Integer[] 对象，这使得它变得更慢和更大。

考虑到所有这些，可能有可能制作一个特殊的 Integer[] 与幼稚的实现相比节省一些空间，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[] 而不是 int[] 的开销在空间和时间上可能会很大。在典型的 32 位 VM 上，一个 Integer 对象将消耗 16 个字节（8 个字节用于对象标头，4 个字节用于负载，4 个额外字节用于对齐），而 Integer[] 使用与 int[] 一样多的空间。在 64 位 VM（使用 64 位指针，并非总是如此）中，整数对象将消耗 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[] 中的插槽将使用 8 个字节而不是 int[] 中的 4 个字节。这意味着您可以预期每个插槽的开销为16 到 28个字节，与普通 int 数组相比，这是4 到 7 倍。

性能开销也很重要，主要有两个原因：

1. 由于您使用了更多内存，因此您对内存子系统施加了更大的压力，从而在 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，则缓存将在您需要它们时已经获取大部分条目（因为布局也是线性的）。但是在 Integer 数组的情况下，Integer 对象本身可能会随机分散在堆中，使得缓存很难猜测下一个内存引用将指向哪里。
2. 由于使用了额外的内存，垃圾收集必须做更多的工作，因为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，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[] 将比在当前 VM 中使用 Integer 数组更快且内存效率更高，并且在不久的将来这不太可能发生太大变化。

Answer 2

John Rose在 JVM 中使用fixnums来解决这个问题。

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。仅此一项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[] 不必接受，所以即使 Integer[] 由整数 []。

因此，如果每一盎司的性能都很重要，用户 int[]

Answer 5

Integer 可以为 null 而 int 不能为空的原因是，Integer 是一个成熟的 Java 对象，其中包含所有开销。这是有价值的，因为你可以写

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

这很适合说 foo 将具有价值，但还没有。

另一个区别是不int执行溢出计算。例如，

int bar = Integer.MAX_VALUE;
bar++;

将愉快地增加 bar 并且你最终得到一个非常负数，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，作为 Java 对象的 Integer 带有对象的空间开销。我认为其他人可能需要在这里插话，但我相信每个对象都会消耗 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。