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解析Java中的static关键字

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static是方便在没有创建对象的情况下进行调用(方法/变量)。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。static可以用来修饰类的成员方法、类的成员变量，另外也可以编写static代码块来优化程序性能


一.static关键字使用场景

static关键字主要有以下5个使用场景：

 

1.1、静态变量

把一个变量声明为静态变量通常基于以下三个目的：

  • 作为共享变量使用

  • 减少对象的创建

  • 保留唯一副本

第一种比较容易理解，由于static变量在内存中只会存在一个副本，所以其可以作为共享变量使用，比如要定义一个全局配置、进行全局计数。如：

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public class CarConstants {

　　// 全局配置,一般全局配置会和final一起配合使用, 作为共享变量

　　public static final int MAX_CAR_NUM = 10000;

}

  

public class CarFactory {

　　// 计数器

　　private static int createCarNum = 0;

      

    public static Car createCar() {

      if (createCarNum > CarConstants.MAX_CAR_NUM) {

        throw new RuntimeException("超出最大可生产数量");

      }

      Car c = new Car();

      createCarNum++;

      return c;

    }

    

    public static getCreateCarNum() {

      return createCarNum;

    }

}

第二种虽然场景不多，但是基本在每个工程里面都会使用到，比如声明Loggger变量：

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private static final Logger LOGGER = LogFactory.getLoggger(MyClass.class);

实际上，如果把static去掉也是可行的，比如：

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private final Logger LOGGER = LogFactory.getLoggger(MyClass.class);

这样一来，对于每个MyClass的实例化对象都会拥有一个LOGGER，如果创建了1000个MyClass对象，则会多出1000个Logger对象，造成资源的浪费，因此通常会将Logger对象声明为static变量，这样一来，能够减少对内存资源的占用。

第三种最经典的场景莫过于单例模式了，单例模式由于必须全局只保留一个副本，所以天然和static的初衷是吻合的，用static来修饰再合适不过了。

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public class<360> Singleton {

    private static volatile Singleton singleton;

  

    private Singleton() {}

  

    public static Singleton getInstance() {

        if (singleton == null) {

            synchronized (Singleton.class) {

                if (singleton == null) {

                    singleton = new Singleton();

                }

            }

        }

        return singleton;

    }

}

 

1.2、静态方法

将一个方法声明为静态方法，通常是为了方便在不创建对象的情况下调用。这种使用方式非常地常见，比如jdk的Collections类中的一些方法、单例模式的getInstance方法、工厂模式的create/build方法、util工具类中的方法。

 

1.3、静态代码块

静态代码块通常来说是为了对静态变量进行一些初始化操作，比如单例模式、定义枚举类：

单例模式

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public class Singleton {

    private static Singleton instance;

  

    static {

        instance = new Singleton();

    }

  

    private Singleton() {}

  

    public static Singleton getInstance() {

        return instance;

    }

}

枚举类

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public enum WeekDayEnum {

    MONDAY(1,"周一"),

    TUESDAY(2, "周二"),

    WEDNESDAY(3, "周三"),

    THURSDAY(4, "周四"),

    FRIDAY(5, "周五"),

    SATURDAY(6, "周六"),

    SUNDAY(7, "周日");

  

    private int code;

    private String desc;

  

    WeekDayEnum(int code, String desc) {

        this.code = code;

        this.desc = desc;

    }

  

    private static final MapWEEK_ENUM_MAP =new HashMap();

  

    // 对map进行初始化

    static {

        for (WeekDayEnum weekDay : WeekDayEnum.values()) {

            WEEK_ENUM_MAP.put(weekDay.getCode(), weekDay);

        }

    }

  

    public static WeekDayEnum findByCode(int code) {

        return WEEK_ENUM_MAP.get(code);

    }

  

    public int getCode() {

        return code;

    }

  

    public void setCode(int code) {

        this.code = code;

    }

  

    public String getDesc() {

        return desc;

    }

  

    public void setDesc(String desc) {

        this.desc = desc;

    }

}　

 

1.4、静态内部类

内部类一般情况下使用不是特别多，如果需要在外部类里面定义一个内部类，通常是基于外部类和内部类有很强关联的前提下才去这么使用。

在说静态内部类的使用场景之前，我们先来看一下静态内部类和非静态内部类的区别：

非静态内部类对象持有外部类对象的引用（编译器会隐式地将外部类对象的引用作为内部类的构造器参数）；而静态内部类对象不会持有外部类对象的引用

由于非静态内部类的实例创建需要有外部类对象的引用，所以非静态内部类对象的创建必须依托于外部类的实例；而静态内部类的实例创建只需依托外部类；


并且由于非静态内部类对象持有了外部类对象的引用，因此非静态内部类可以访问外部类的非静态成员；而静态内部类只能访问外部类的静态成员；

两者的根本性区别其实也决定了用static去修饰内部类的真正意图：

  • 内部类需要脱离外部类对象来创建实例

  • 避免内部类使用过程中出现内存溢出

第一种是目前静态内部类使用比较多的场景，比如JDK集合中的Entry、builder设计模式。

HashMap Entry：

builder设计模式：

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public class Person {

    private String name;

    private int age;

  

    private Person(Builder builder) {

        this.name = builder.name;

        this.age = builder.age;

    }

  

    public static class Builder {

  

        private String name;

        private int age;<1360>

  

        public Builder() {

        }

  

        public Builder name(String name) {

            this.name = name;

            return this;

        }

        public Builder age(int age) {

            this.age=age;

            return this;

        }

  

        public Person build() {

            return new Person(this);

        }

    }

  

    public String getName() {

        return name;

    }

  

    public void setName(String name) {

        this.name = name;

    }

  

    public int getAge() {

        return age;

    }

  

    public void setAge(int age) {

        this.age = age;

    }

}

  

// 在需要创建Person对象的时候

Person person = new Person.Builder().name("张三").age(17).build();

第二种情况一般出现在多线程场景下，非静态内部类可能会引发内存溢出的问题，比如下面的例子：

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public class Task {

  

    public void onCreate() {

        // 匿名内部类, 会持有Task实例的引用

        new Thread() {

            public void run() {

                //...耗时操作

            };

        }.start();  

    }

}

上面这段代码中的：

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new Thread() {

  public void run() {

  //...耗时操作

  };

}.start();

声明并创建了一个匿名内部类对象，该对象持有外部类Task实例的引用，如果在在run方法中做的是耗时操作，将会导致外部类Task的实例迟迟不能被回收，如果Task对象创建过多，会引发内存溢出。

优化方式：

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public class Task {

  

    public void onCreate() {

        SubTask subTask = new SubTask();

        subTask.start();

    }

      

    static class SubTask extends Thread {

        @Override

        public void run() {

            //...耗时操作  

        }

          

    }

}

 

1.5、静态导入

静态导入其实就是import static，用来导入某个类或者某个包中的静态方法或者静态变量。如下面这段代码所示：

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import static java.lang.Math.PI;

   

    public  class MathUtils {

  

    public static double calCircleArea(double r) {

        // 可以直接用 Math类中的静态变量PI

        return PI * r * r;

    }

}

这样在书写代码的时候确实能省一点代码，但是会影响代码可读性，所以一般情况下不建议这么使用。

 

二.static变量和普通成员变量区别

static变量和普通成员变量主要有以下4点区别：

  • 区别1：所属不同。static变量属于类，不单属于任何对象；普通成员变量属于某个对象

  • 区别2：存储区域不同。static变量位于方法区；普通成员变量位于堆区。

  • 区别3：生命周期不同。static变量生命周期与类的生命周期相同；普通成员变量和其所属的对象的生命周期相同。

  • 区别4：在对象序列化时（Serializable），static变量会被排除在外（因为static变量是属于类的，不属于对象）

 

三.类的构造器到底是不是static方法？

关于类的构造器是否是static方法有很多争议，在《java编程思想》一书中提到“类的构造器虽然没有用static修饰，但是实际上是static方法”，个人认为这种说法有点欠妥，原因如下：

1）在类的构造器中，实际上有一个隐藏的参数this引用，this是跟对象绑定的，也就是说在调用构造器之前，这个对象已经创建完毕了才能出现this引用。而构造器的作用是干什么的呢？它负责在创建一个实例对象的时候对实例进行初始化操作，即jvm在堆上为实例对象分配了相应的存储空间后，需要调用构造器对实例对象的成员变量进行初始化赋值操作。


2）我们再来看static方法，由于static不依赖于任何对象就可以进行访问，也就是说和this是没有任何关联的。从这一层面去讲，类的构造器不是static方法

3）从JVM指令层面去看，类的构造器不是static方法，我们先看一下下面这段代码：

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class Person {

  private String name;

    

  public Person(String name) {

    this.name = name;

  }

    

  public static void create() {

      

  }

}

  

  

public class Main {

  public static void main(String[] args) {

    Person.create();

    Person p = new Person("Jack");

  }

}

这段代码反编译之后的字节码如下：

从上面可以看出，在调用static方法是调用的是invokestatic指令，而在调用类的构造器时实际上执行的是invokespecial指令，而这2个指令在JVM规范中的解释如下：

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html#jvms-6.5.invokestatic

　　

可以看出，这2个指令的用途是完全不同的，invokestatic定义很清楚，就是用来调用执行static方法，而invokespecial用来调用实例方法，用来特殊调用父类方法、private方法和类的构造器。


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