Java Reference 是什麼？搞懂物件與記憶體背後的運作邏輯【Thinking in Java筆記(1-1)】

Java 的物件和參考，到底是什麼鬼？為什麼我明明宣告了變數卻還是出錯？為什麼我用 == 比較字串卻得到 false？這篇文章會用最簡單的語言幫你拆解 Java 背後的記憶體操作與語意邏輯，讓你真正理解「Java 一切皆物件」這句話到底代表什麼

你以為你有物件，其實只有參考

Java 有一句老生常談：「Everything is an Object」。但對新手來說，真正的陷阱藏在那個看似無害的 String s;

String s;

這看起來像是「我創建了一個字串」，其實不是。你只創建了一個「可以指向字串的參考變數」，但它目前什麼都沒指。這就像你手上有一支電視遙控器，但房間裡根本沒電視

如果你硬要拿這支空遙控器按按鈕：

System.out.println(s.length()); // 會直接爆炸

Java 會中斷程式，並丟出錯誤（叫做 NullPointerException），意思是：「你正在對一個不存在的物件做操作，拜託你先搞清楚再來」

你不需要現在就理解什麼是 Exception，只要知道：沒初始化的參考變數不能用，就這麼簡單

✅ 正確的方式是：讓參考指向一個實體

String s = "asdf";

這行程式碼做了兩件事：

1. JVM 建立了一個字串物件 "asdf"，並存到所謂的「字串常量池（String Constant Pool）」中
2. 變數 s 拿到這個物件的參考

這是一種「隱式的物件建立」，你沒有用 new，但 Java 幫你處理好了

那 new String("asdf") 是在幹嘛？

你也許會遇到這種寫法：

String s = new String("asdf");

這是「顯式建立物件」的做法。它強迫 JVM 在記憶體的堆區（heap）裡建立一個新的字串，即使 "asdf" 在常量池已經有一份了，它還是會傻傻再給你一份

結果就是這樣：

String a = "asdf";
String b = new String("asdf");

System.out.println(a == b); // false！不是你想的那樣

• a 指向的是常量池中的字串
• b 是強制在堆中建立一份新的字串物件
• 所以他們兩個「長得一樣但住的地方不同」

== 比較的是參考位址，不是內容。

除非你有明確目的，否則不要亂用 new

Java 記憶體分配懶人包

基本類型 (Primitive Types) vs 包裝器類型 (Wrapper Classes)

Java 有 8 種基本類型（primitive types），是語言中最基礎的資料類型，像是數字、布林值、字元等。它們的特點是：

• 不是物件
• 不需要用 new 建立
• 記憶體中直接儲存值（通常存在 stack 中）
• 執行效率很高

• 所有類型都有正負號：Java 中沒有無符號（unsigned）類型
• boolean 佔用的空間沒有明確指定，僅定義為能夠取字面值 true 或 false

Java 提供了這些基本類型對應的「包裝器類型」，也就是物件版本。當你需要把基本類型放入集合、或使用物件語法時，就可以用包裝器

從 Java 5 開始支援 autoboxing/unboxing：

Integer x = 5; // 自動轉成 Integer
int y = x;     // 自動拆箱成 int

BigInteger & BigDecimal：更大更準的數字

Java 提供了兩個高精度計算用的類別，當你覺得 long 還不夠大、double 還不夠準時，就可以召喚這兩個重量級角色：

• BigInteger：可以儲存無限長的整數（理論上）
• BigDecimal：可以處理精確的小數，例如金額

這兩個類別沒有對應的 primitive，也比較慢，但非常準

陣列也是物件：Java 中的多個變數怎麼表示？

為什麼需要陣列？

當你需要儲存一群同類型的變數，例如 10 個 int，難道你要寫 int a0, a1, a2... 嗎？這時候，陣列（Array）就是你的朋友

int[] nums = new int[5];

這行程式會：

1. 在 heap 中建立一個能容納 5 個 int 的陣列物件
2. 每個值預設是 0（Java 的預設行為）
3. 回傳參考給變數 nums

你可以透過索引（從 0 開始）操作它：

nums[0] = 10;
System.out.println(nums[0]); // 10

陣列會自動進行範圍檢查，如果你越界：

nums[5] = 42; // 👈 ArrayIndexOutOfBoundsException

這會直接讓程式中斷。這就是 Java 的安全設計：寧可程式炸掉，也不要偷偷寫到奇怪的記憶體位置

Java 的作用域和物件生命週期

在 C/C++ 中，作用域是由大括號的位置決定的。例如：

{
  int x = 12;
  // Only x available
  {
    int q = 96;
    // Both x and q available
  }
  // Only x available
  // q is "out of scope"
}

在 Java 中，變數的作用域由 {} 區塊控制，但你不能在內層重複宣告外層的同名變數：

{
  int x = 12;
  {
    int x = 96; // Illegal: 重複定義
  }
}

這樣設計其實是為了保護你這種會忘記自己在外層寫過什麼的人

參考超出作用域，物件還活著？

Java 中的物件不具備和基本類型一樣的生命週期。當使用 new 建立物件時，該物件可以存活於其作用域之外。例如：

{
  String s = new String("a string");
  // End of scope
}
// reference s 已經消失，但 String 物件仍存在於記憶體中

這就是「Java 幫你管記憶體」的真相。不是你不釋放，而是你根本沒權力釋放。你只是交給 GC 當清潔隊員

總結｜你需要記得的關鍵知識點

• Java 的變數是參考，不是物件本體
• new 會把東西丟進 Heap，參考變數存在 Stack
• 基本類型有對應的包裝器類別（自動轉換）
• 陣列也是物件，有預設初始值與邊界檢查
• Java 有作用域規則，也有自動記憶體管理（GC）

如果這篇有幫助，記得分享給還在跟 NullPointerException 打架的朋友。你不孤單，大家都曾經拿著沒電的遙控器狂按過