Java static关键字

最近几场面试中都问到了 static 关键字用法,在此添加一篇总结。

在《Java 编程思想》P86 页有这样一段话:

“static 方法就是没有 this 的方法。在 static 方法内部不能调用非静态方法,反过来是可以的。而且可以在没有创建任何对象的前提下,仅仅通过类本身来调用 static 方法。这实际上正是 static 方法的主要用途。”

这段话虽然只是说明了 static 方法的特殊之处,但是可以看出 static 关键字的基本作用,简而言之,一句话来描述就是:

方便在没有创建对象的情况下来进行调用(方法/变量)

很显然,被 static 关键字修饰的方法或者变量不需要依赖于对象来进行访问,只要类被加载了,就可以通过类名去进行访问。

(比如 Math.abs()这个方法可以直接调用而不需要实例化 Math 类)

static 可以用来修饰类的成员方法、类的成员变量,另外可以编写 static 代码块来优化程序性能。

static 可以修饰

  1. 方法
  2. 成员变量(属性)
  3. 代码块(不能出现在方法内部)

注:

  1. 独立于类
  2. 在类加载的时候执行,只执行一次
  3. 修饰的方法只在调用时执行

static 修饰方法

static 方法一般称作静态方法,由于静态方法不依赖于任何对象就可以进行访问,因此对于静态方法来说,是没有 this 的,因为它不依附于任何对象,既然都没有对象,就谈不上 this 了。并且由于这个特性,在静态方法中不能访问类的非静态成员变量和非静态成员方法,因为非静态成员方法/变量都是须依赖具体的对象才能够被调用。

虽然在静态方法中不能访问非静态成员方法和非静态成员变量,但是在非静态成员方法中是可以访问静态成员方法/变量的。

如果说想在不创建对象的情况下调用某个方法,就可以将这个方法设置为 static。我们最常见的 static 方法就是 main 方法,至于为什么 main 方法必须是 static 的,现在就很清楚了。因为程序在执行 main 方法的时候没有创建任何对象,因此只有通过类名来访问。

static 修饰成员变量

static 变量也称作静态变量,静态变量和非静态变量的区别是:

静态变量被所有的对象所共享,在内存中只有一个副本,它当且仅当在类初次加载时会被初始化。而非静态变量是对象所拥有的,在创建对象的时候被初始化,存在多个副本,各个对象拥有的副本互不影响。

static 成员变量的初始化顺序按照定义的顺序进行初始化。

static 静态导包

/* PrintHelper.java文件 */
package com.dotgua.study;

public class PrintHelper {

    public static void print(Object o){
        System.out.println(o);
    }
}
/* App.java文件 */
import static com.dotgua.study.PrintHelper.*;

public class App
{
    public static void main( String[] args )
    {
        print("Hello World!");
    }
    /**Output
     * Hello World!
     *///~
}

上面的代码来自于两个 java 文件,其中的 PrintHelper 很简单,包含了一个用于打印的 static 方法。而在 App.java 文件中,我们首先将 PrintHelper 类导入,这里在导入时,我们使用了 static 关键字,而且在引入类的最后还加上了“.*”,它的作用就是将 PrintHelper 类中的所有类方法直接导入。不同于非 static 导入,采用 static 导入包后,在不与当前类的方法名冲突的情况下,无需使用“类名.方法名”的方法去调用类方法了,直接可以采用"方法名"去调用类方法,就好像是该类自己的方法一样使用即可。

static 修饰代码块

就是初始化块。

static 块可以置于类中的任何地方,类中可以有多个 static 块。在类初次被加载的时候,会按照 static 块的顺序来执行每个 static 块,并且只会执行一次。

执行过程:

  1. 加载类:通过 jvm 调用 ClassLoader 类中的 loaderClass 方法加载我们要执行的类
  2. 执行 static 修饰的内容(从上往下执行)
  3. 调用构造器
  4. 成员变量初始化
  5. 执行构造方法,对象创建完毕

static 修饰之后的内存分布

public class Person {
    String name;
    int age;

    public String toString() {
        return "Name:" + name + ", Age:" + age;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age = 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:10
     * Name:lisi, Age:12
     *///~
}

根据 Person 构造出的每一个对象都是独立存在的,保存有自己独立的成员变量,相互不会影响,他们在内存中的示意如下:

pic

从上图中可以看出,p1 和 p2 两个变量引用的对象分别存储在内存中堆区域的不同地址中,所以他们之间相互不会干扰。但其实,在这当中,我们省略了一些重要信息,相信大家也都会想到,对象的成员属性都在这了,由每个对象自己保存,那么他们的方法呢?实际上,不论一个类创建了几个对象,他们的方法都是一样的:

pic

两个 Person 对象的方法实际上只是指向了同一个方法定义。这个方法定义是位于内存中的一块不变区域(由 jvm 划分),我们暂称它为静态存储区。这一块存储区不仅存放了方法的定义,实际上从更大的角度而言,它存放的是各种类的定义,当我们通过 new 来生成对象时,会根据这里定义的类的定义去创建对象。多个对象仅会对应同一个方法,这里有一个让我们充分信服的理由,那就是不管多少的对象,他们的方法总是相同的,尽管最后的输出会有所不同,但是方法总是会按照我们预想的结果去操作,即不同的对象去调用同一个方法,结果会不尽相同。

我们知道,static 关键字可以修饰成员变量和方法,来让它们变成类的所属,而不是对象的所属,比如我们将 Person 的 age 属性用 static 进行修饰,结果会是什么样呢?请看下面的例子:

public class Person {
    String name;
    static int age;

    /* 其余代码不变... */

    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:12
     * Name:lisi, Age:12
     *///~
}

结果发生了一点变化,在给 p2 的 age 属性赋值时,干扰了 p1 的 age 属性。

pic

给 age 属性加了 static 关键字之后,Person 对象就不再拥有 age 属性了,age 属性会统一交给 Person 类去管理,即多个 Person 对象只会对应一个 age 属性,一个对象如果对 age 属性做了改变,其他的对象都会受到影响。我们看到此时的 age 和 toString()方法一样,都是交由类去管理。

public class Person {
    private static int count = 0;
    int id;
    String name;
    int age;

    public Person() {
        id = ++count;
    }

    public String toString() {
        return "Id:" + id + ", Name:" + name + ", Age:" + age;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age = 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Id:1, Name:zhangsan, Age:10
     * Id:2, Name:lisi, Age:12
     *///~
}

上面的代码起到了给 Person 的对象创建一个唯一 id 以及记录总数的作用,其中 count 由 static 修饰,是 Person 类的成员属性,每次创建一个 Person 对象,就会使该属性自加 1 然后赋给对象的 id 属性,这样,count 属性记录了创建 Person 对象的总数,由于 count 使用了 private 修饰,所以从类外面无法随意改变。

总结

static 主要有四种用法:

  1. 用来修饰成员变量,将其变为类的成员,从而实现所有对象对于该成员的共享;
  2. 用来修饰成员方法,将其变为类方法,可以直接使用“类名.方法名”的方式调用,常用于工具类;
  3. 静态块用法,将多个类成员放在一起初始化,使得程序更加规整,其中理解对象的初始化过程非常关键;
  4. 静态导包用法,将类的方法直接导入到当前类中,从而直接使用“方法名”即可调用类方法,更加方便。