[!info] 关联笔记

• 所属 MOC：类型系统与 OOP · 语言基础 · 学习路线
• 前置概念：基本类型 · 变量与作用域
• 后续概念：字符串 · 集合框架 · 泛型
• 容易混淆：List 等集合 · null

Java 数组

这个概念为什么出现

需要固定数量、可按下标随机访问的同构数据时，数组是语言内建方案。它比集合更“贴内存与 JVM 数组对象”，但也更原始：长度不可变、缺乏丰富 API，且存在数组协变带来的运行时 ArrayStoreException。

[!abstract] 一句话理解 数组是定长、可索引的对象；元素可以是基本类型或引用类型；T[] 在引用层面协变，因此运行时仍会检查存储类型。

最小可运行示例

场景：仓配系统按货位顺序装载 SKU 编号

分拣线有固定 4 个槽位，需要按下标写入/读取 SKU；若误把不兼容类型写入“商品数组”，应在运行时失败而不是静默污染。

public class SlotLoad {
    // loadFixedSlots：把扫描到的 SKU 填进固定槽位。
    //
    // 业务意图：槽位数固定为 4，未扫到的保持 null。
    // 教学点：
    // - new String[n] 长度固定；
    // - 引用数组元素默认 null；
    // - 数组是对象，变量保存引用。
    static String[] loadFixedSlots(String[] scanned) {
        String[] slots = new String[4];
        int n = Math.min(scanned.length, slots.length);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            slots[i] = scanned[i]; // 按下标写入
        }
        return slots;
    }

    // demoCovariance：展示 String[] 可当作 Object[] 传入，但非法存储会炸。
    static void demoCovariance() {
        String[] skus = {"A1", "B2"};
        Object[] objs = skus; // 数组协变：编译允许
        objs[0] = "C3";      // 仍是 String，OK
        try {
            objs[1] = Integer.valueOf(1); // 运行时 ArrayStoreException
        } catch (ArrayStoreException ex) {
            System.out.println("store-rejected: " + ex.getClass().getSimpleName());
        }
        System.out.println(skus[0] + "," + skus[1]);
    }

    public static void main(String[] args) {
        String[] slots = loadFixedSlots(new String[]{"S1", "S2"});
        System.out.println(slots.length + " " + slots[0] + " " + slots[2]); // 4 S1 null
        demoCovariance();
    }
}

建议运行：

javac SlotLoad.java && java SlotLoad

期望输出：

4 S1 null
store-rejected: ArrayStoreException
C3,B2

结合场景再看三个关注点

1. 长度在创建时固定，扩容要自己 new + 拷贝（或改用集合）。
2. 引用数组可含 null，遍历前要想清楚空槽语义。
3. 协变让“看起来像泛型”的数组更危险；泛型集合通常更安全。

核心概念与准确模型

1. 创建与长度

int[] a = new int[3];     // 0,0,0
String[] b = {"x","y"}; // 长度 2
int len = b.length;       // 字段 length，不是方法

2. 基本类型数组 vs 引用数组

	基本类型数组	引用数组
元素默认	0/false 等	null
存 null	否	可以
典型用途	计量、位图、性能敏感缓冲	对象列表快照

3. 多维数组

• int[][] m = new int[2][3]：规则矩形
• int[][] jagged = new int[2][]：锯齿数组，每行可不同长

4. 拷贝

• 赋值 a=b 只复制引用
• System.arraycopy / Arrays.copyOf 做元素级拷贝（浅拷贝对象引用）

5. 与集合边界

• 需要动态伸缩、丰富查询 → List 等
• 需要与变参、JNI、部分 API 交互 → 数组仍常见

边界情况与反直觉行为

1. length 是字段；字符串才是 length()。
2. 负长度创建 → NegativeArraySizeException。
3. 越界 → ArrayIndexOutOfBoundsException。
4. 泛型不能直接 new T[]（擦除限制），常见用 List 或反射数组 API。

常见误区

[!warning] 常见误区：数组赋值是深拷贝 错误理解：a=b 后改 a[i] 不影响 b。
正确模型：共享同一数组对象。
为何易错：与“值复制”语言/结构体思维混淆。

工程实践

1. 对外 API 优先 List，边界层再转数组。
2. 返回内部数组前先拷贝，避免暴露可变内部状态。
3. 批量处理用 Arrays 工具，但注意并行排序等的线程假设。
4. 协变场景用泛型集合替代 Object[] 乱传。

可验证实验

1. 打印 new int[3] 与 new String[3] 的元素默认值。
2. 复现 ArrayStoreException。
3. 比较 clone() 后修改引用元素字段（浅拷贝）的可见性。

本节总结

• 数组定长、可索引、是对象
• 引用语义与协变是两大心智点
• 动态数据优先集合，数组留在性能与边界层

自测题

1. 为什么 String[] 可以赋给 Object[] 变量，但泛型 List<String> 不能直接当 List<Object>？
2. arr.length 与 str.length() 差在哪？

参考答案

1. 数组历史上协变且有运行时存储检查；泛型不变（invariant）且擦除后缺少同样的元素存储检查模型。
2. 数组长度是字段；String 的长度是方法。

延伸阅读与资料来源

资料	类型	支撑内容
JLS Array Types	规范	数组类型与协变
Arrays (Java SE)	API	工具方法