在Java中，多维数组的维度顺序会影响内存使用。

Question

当我使用Java定义一个四维数组，比如var f = new float[1000][3][250][250];时，它在堆内存中仅占用约797MB。但若定义为var f = new float[1000][250][250][3];时，根据IntelliJProfiler显示，它会占用大约2273MB的堆内存（几乎是前者的三倍）。请问能否解释一下这是为什么？数组维度的排列为何会对内存消耗产生如此大的影响？

Erik · Answer

Java中并没有真正意义上的多维数组概念，这正是你所疑惑的地方。
在Java中，声明如new float[n][m]实际上被称为数组的数组，即类型为float的数组。简单来说，Java并不像C或C++那样为多维数组统一分配内存。

由于Java遵循面向对象编程(OOP)模式，数组也被视为对象。例如，如果我们有这样一个数组var arr = new float[2][3]，之后我们甚至可以修改为arr[0] = new float[5]。在这种情况下，如果尝试在连续的内存位置存储数组数据，可能会导致混乱。因此，Java选择在堆上存储数组，以数组的数组形式存在，其中更高维度的数组存储对下一层维度数组的引用。这种方式允许内存更容易地收缩或扩展。

至于内存占用量，它依赖于JVM的具体实现和机器架构。JVM如何存储数组引用、数据，以及如何对多维数组的数据进行缓存，这些因素都可能导致内存占用上的差异。

关于这一主题，有一个更详细的讨论可以参考如下链接：
为什么Java没有真正的多维数组？

CrazyCoder · Answer

问题在于Java并没有真正的多维数组。一个四维数组实际上是数组的数组（即数组的数组的数组的数组），因此最内层数组的大小至关重要。

对于代码 var f = new float[1000][3][250][250];
需要有10003250（即75万个）个 float[250] 类型的数组。使用jol工具计算得知，一个 float[250] 数组占用1016字节，因此最内层数组总共需要75万个*1016字节，即750MB。

加上中间层数组的大小（共有75万个中间层数组），总计约为796MB，这与你观察到的结果相符。

而对于 var f = new float[1000][250][250][3];
则需要1000250250（即6250万个）个 float[3] 类型的数组。再次使用jol计算，得知一个 float[3] 数组占用32字节，因此仅最内层就需要6250万个*32字节，即2000MB。加上中间层数组的大小（共有6250万个中间层数组），总和约为2276MB，与你的观察一致。

需要注意的是，由于对齐限制和数组开销，一个 float[3] 即便只有3个浮点数，也需要32字节，相当于每个浮点元素占用约10字节！而一个 float[250] 则需要1016字节，略高于浮点数实际所需的4字节。