在Java中，獲取陣列的長度和String的長度是兩種不同的方法，這引起了本文作者的一番思考。本文從JVM的角度，探討了Java陣列在JVM中是什麼物件，有哪些成員，以及宣告方法。

本文來自jarfield的部落格，原文標題為《為什麼如此獲取Java陣列的長度》。

記得vamcily 曾問我：“為什麼獲取陣列的長度用.length(成員變數的形式)，而獲取String的長度用.length()(成員方法的形式)？”

我當時一聽，覺得問得很有道理。做同樣一件事情，為什麼採用兩種風格迥異的風格呢？況且，Java中的陣列其實是完備(full-fledged)的物件，直接暴露成員變數，可能不是一種很OO的風格。那麼，設計Java的那幫天才為什麼這麼做呢？

帶著這個疑問，我查閱了一些資料，主要是關於“JVM是如何處理陣列”的。

陣列物件的類是什麼？

既然陣列都是物件，那麼陣列的類究竟是什麼呢？當然不是java.util.Arrays啦！我們以int一維陣列為例，看看究竟。

1. public class Main {   
2. public static void main(String args[]){   
3. int a[] = new int[10]; Class clazz = a.getClass();   
4. System.out.println(clazz.getName());   
5. }   
6. }  
7.  

在SUN JDK 1.6上執行上述程式碼，輸出為：

[I

看起來陣列的類很奇怪，非但不屬於任何包，而且名稱還不是合法的識別符號(identifier)。具體的命名規則[1]可以參見java.lang.Class.getName()的javadoc。簡單的說，陣列的類名由若干個'['和陣列元素型別的內部名稱組成，'['的數目代表了陣列的維度。

具有相同型別元素和相同維度的陣列，屬於同一個類。如果兩個陣列的元素型別相同，但維度不同，那麼它們也屬於不同的類。如果兩個陣列的元素型別和維度均相同，但長度不同，那麼它們還是屬於同一個類。

陣列的類有哪些成員呢？

既然我們知道了陣列的類名是什麼，那麼就去看看陣列的類究竟是什麼樣的吧？有哪些成員變數？有哪些成員方法？length這個成員變數在哪？是不是沒有length()這個成員方法？

找來找去，在JDK的程式碼中沒有找打'[I'這個類。想想也對，'[I'都不是一個合法的識別符號，肯定不會出現public class [I {...}這樣的Java程式碼。我們暫且不管[I類是誰宣告的，怎麼宣告的，先用反射機制一探究竟吧。

1. public class Main {   
2. public static void main(String[] args) {   
3. int a[] = new int[10]; 
4. Class clazz = a.getClass();   
5. System.out.println(clazz.getDeclaredFields().length);   
6. System.out.println(clazz.getDeclaredMethods().length);   
7. System.out.println(clazz.getDeclaredConstructors().length);   
8. System.out.println(clazz.getDeclaredAnnotations().length);   
9. System.out.println(clazz.getDeclaredClasses().length);   
10. System.out.println(clazz.getSuperclass());   
11. }   
12. }  
13.  

在SUN JDK 1.6上執行上述程式碼，輸出為：

1. 0 
2. 0 
3. 0 
4. 0 
5. 0 
6. class java.lang.Object  
7.  

可見，[I這個類是java.lang.Object的直接子類，自身沒有宣告任何成員變數、成員方法、建構函式和Annotation，可以說，[I就是個空類。我們立馬可以想到一個問題：怎麼連length這個成員變數都沒有呢？如果真的沒有，編譯器怎麼不報語法錯呢？想必編譯器對Array.length進行了特殊處理哇！

陣列的類在哪裡宣告的？

先不管為什麼沒有length成員變數，我們先搞清楚[I這個類是哪裡宣告的吧。既然[I都不是合法的識別符號，那麼這個類肯定在Java程式碼中顯式宣告的。想來想去，只能是JVM自己在執行時生成的了。JVM生成類還是一件很容易的事情，甚至無需生成位元組碼，直接在方法區中建立型別資料，就差不多完工了。

還沒有實力去看JVM的原始碼，於是翻了翻The JavaTM Virtual Machine Specification  Second Edition，果然得到了驗證，相關內容參考5.3.3 Creating Array Classes。

規範的描述很嚴謹，還摻雜了定義類載入器和初始化類載入器的內容。先不管這些，簡單概括一下：

類載入器先看看陣列類是否已經被建立了。如果沒有，那就說明需要建立陣列類；如果有，那就無需建立了。

如果陣列元素是引用型別，那麼類載入器首先去載入陣列元素的類。

JVM根據元素型別和維度，建立相應的陣列類。

呵呵，果然是JVM這傢伙自個偷偷建立了[I類。JVM不把陣列類放到任何包中，也不給他們起個合法的識別符號名稱，估計是為了避免和JDK、第三方及使用者自定義的類發生衝突吧。

再想想，JVM也必須動態生成陣列類，因為Java陣列類的數量與元素型別、維度(最多255)有關，相當相當多了，是沒法預先宣告好的。

居然沒有length這個成員變數！

我們已經發現，偷懶的JVM沒有為陣列類生成length這個成員變數，那麼Array.length這樣的語法如何通過編譯，如何執行的呢？

讓我們看看位元組碼吧！編寫一段最簡單的程式碼，使用jclasslib檢視位元組碼。

1. public class Main {   
2. public static void main(String[] args)   
3. { int a[] = new int[2]; int i = a.length;   
4. }   
5. }  
6.  

使用SUN JDK 1.6編譯上述程式碼，並使用jclasslib開啟Main.class檔案，得到main方法的位元組碼：

1. 0 iconst_2                   //將int型常量2壓入運算元棧  
2. 1 newarray 10 (int)    //將2彈出運算元棧，作為長度，建立一個元素型別為int, 維度為1的陣列，並將陣列的引用壓入運算元棧  
3. 3 astore_1                 //將陣列的引用從運算元棧中彈出，儲存在索引為1的區域性變數(即a)中  
4. 4 aload_1                  //將索引為1的區域性變數(即a)壓入運算元棧  
5. 5 arraylength            //從運算元棧彈出陣列引用(即a)，並獲取其長度(JVM負責實現如何獲取)，並將長度壓入運算元棧  
6. 6 istore_2                 //將陣列長度從運算元棧彈出，儲存在索引為2的區域性變數(即i)中  
7. 7 return                    //main方法返回  
8.  

可見，在這段位元組碼中，根本就沒有看見length這個成員變數，獲取陣列長度是由一條特定的指令arraylength實現(怎麼實現就不管了，JVM總有辦法)。編譯器對Array.length這樣的語法做了特殊處理，直接編譯成了arraylength指令。另外，JVM建立陣列類，應該就是由newarray這條指令觸發的了。

很自然地想到，編譯器也可以對Array.length()這樣的語法做特殊處理，直接編譯成arraylength指令。這樣的話，我們就可以使用方法呼叫的風格獲取陣列的長度了，這樣看起來貌似也更加OO一點。那為什麼不使用Array.length()的語法呢？也許是開發Java的那幫天才對.length有所偏愛，或者拋硬幣拍腦袋隨便決定的吧。 形式不重要，重要的是我們明白了背後的機理。

Array in Java

最後，對Java中純物件的陣列發表點感想吧。

• JVM概念之Java物件的大小與引用型別
• 漫談Java理念的轉變與JVM的五大優勢
• 漫談JVM的基本垃圾回收演算法
• JVM垃圾回收面臨的問題
• JVM分代垃圾回收策略的基礎概念

相比C/C++中的陣列，Java陣列在安全性要好很多。C/C++常遇到的快取區溢位或陣列訪問越界的問題，在Java中不再存在。因為Java使用特定的指令訪問陣列的元素，這些指令都會對陣列的長度進行檢查。如果發現越界，就會丟擲java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException。

Java陣列元素的靈活性比較大。一個數組的元素本身也可以是陣列，只要所有元素的陣列型別相同即可。我們知道陣列的型別和長度無關，因此元素可以是長度不同的陣列。這樣，Java的多維陣列就不一定是規規矩矩的矩陣了，可以千變萬化。