Java零基础学习之路（十）Java中static关键字

挨踢小子部落阁

发布于 2023-03-15 21:02:37

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发布于 2023-03-15 21:02:37

Java中static关键字

static是java语言中的关键字，表示“静态的”，它可以用来修饰变量、方法、代码块等，修饰的变量叫做静态变量，修饰的方法叫做静态方法，修饰的代码块叫做静态代码块。在java语言中凡是用static修饰的都是类相关的，不需要创建对象，直接通过“类名”即可访问，即使使用“引用”去访问，在运行的时候也和堆内存当中的对象无关。

有时你希望定义一个类成员，使它的使用完全独立于该类的任何对象。通常情况下，类成员必须通过它的类的对象访问，但是可以创建这样一个成员，它能够被它自己使用，而不必引用特定的实例。在成员的声明前面加上关键字static（静态的）就能创建这样的成员。如果一个成员被声明为static，它就能够在它的类的任何对象创建之前被访问，而不必引用任何对象。你可以将方法和变量都声明为static。static 成员的最常见的例子是main（）。因为在程序开始执行时必须调用main() ，所以它被声明为static。

声明为static的变量称为静态变量或类变量。可以直接通过类名引用静态变量，也可以通过实例名来引用静态变量，但最好采用前者，因为后者容易混淆静态变量和一般变量。静态变量是跟类相关联的，类的所有实例共同拥有一个静态变量。

声明为static的方法称为静态方法或类方法。静态方法可以直接调用静态方法，访问静态变量，但是不能直接访问实例变量和实例方法。静态方法中不能使用this关键字，因为静态方法不属于任何一个实例。

Java中static静态变量

java中的变量包括：局部变量和成员变量，在方法体中声明的变量为局部变量，有效范围很小，只能在方法体中访问，方法结束之后局部变量内存就释放了，在内存方面局部变量存储在栈当中。在类体中定义的变量为成员变量，而成员变量又包括实例变量和静态变量，当成员变量声明时使用了static关键字，那么这种变量称为静态变量，没有使用static关键字称为实例变量，实例变量是对象级别的，每个对象的实例变量值可能不同，所以实例变量必须先创建对象，通过“引用”去访问，而静态变量访问时不需要创建对象，直接通过“类名”访问。实例变量存储在堆内存当中，静态变量存储在方法区当中。实例变量在构造方法执行过程中初始化，静态变量在类加载时初始化。那么变量在什么情况下会声明为静态变量呢？请看以下代码，定义一个“男人”类：

public class Man {
  //身份证号
  int idCard;
  //性别（所有男人的性别都是“男”）
  //true表示男，false表示女
  boolean sex = true;
  public Man(int idCard){
    this.idCard = idCard;
  }
}

public class ManTest {
  public static void main(String[] args) {
    Man jack = new Man(100);
    System.out.println(jack.idCard + "," + (jack.sex ? "男" : "女"));
    Man sun = new Man(101);
    System.out.println(sun.idCard + "," + (sun.sex ? "男" : "女"));
    Man cok = new Man(102);
    System.out.println(cok.idCard + "," + (cok.sex ? "男" : "女"));
  }
}

运行结果如下图所示：

图11-16：运行结果

我们来看一下以上程序的内存结构图：

图11-17：内存结构图

“男人类”创建的所有“男人对象”，每一个“男人对象”的身份证号都不一样，该属性应该每个对象持有一份，所以应该定义为实例变量，而每一个“男人对象”的性别都是“男”，不会随着对象的改变而变化，性别值永远都是“男”，这种情况下，性别这个变量还需要定义为实例变量吗，有必要让每一个“男人对象”持有一份吗，这样岂不是浪费了大量的堆内存空间，所以这个时候建议将“性别=男”属性定义为类级别的属性，声明为静态变量，上升为“整个族”的数据，这样的变量不需要创建对象直接使用“类名”即可访问。请看代码：

public class Man {
  //身份证号
  int idCard;
  //性别（所有男人的性别都是“男”）
  //true表示男，false表示女
  static boolean sex = true;
  public Man(int idCard){
    this.idCard = idCard;
  }
}

public class ManTest {
  public static void main(String[] args) {
    Man jack = new Man(100);
    System.out.println(jack.idCard + "," + (Man.sex ? "男" : "女"));
    Man sun = new Man(101);
    System.out.println(sun.idCard + "," + (Man.sex ? "男" : "女"));
    Man cok = new Man(102);
    System.out.println(cok.idCard + "," + (Man.sex ? "男" : "女"));
  }
}

运行结果如下图所示：

图11-18：运行结果

我们来看一下以上程序的内存结构图：

图11-19：静态变量内存图

通过以上内容的学习我们得知，当一个类的所有对象的某个“属性值”不会随着对象的改变而变化的时候，建议将该属性定义为静态属性（或者说把这个变量定义为静态变量），静态变量在类加载的时候初始化，存储在方法区当中，不需要创建对象，直接通过“类名”来访问。如果静态变量使用“引用”来访问，可以吗，如果可以的话，这个访问和具体的对象有关系吗？来看以下代码：

public class ManTest {
  public static void main(String[] args) {
    //静态变量比较正式的访问方式
    System.out.println("性别 = " + Man.sex);
    //创建对象
    Man jack = new Man(100);
    //使用“引用”来访问静态变量可以吗？
    System.out.println("性别 = " + jack.sex);
    //对象被垃圾回收器回收了
    jack = null;
    //使用“引用”还可以访问吗？
    System.out.println("性别 = " + jack.sex);
  }
}

运行结果如下图所示：

图11-20：静态变量使用“引用”访问

通过以上代码以及运行结果可以看出，静态变量也可以使用“引用”去访问，但实际上在执行过程中，“引用”所指向的对象并没有参与，如果是空引用访问实例变量，程序一定会发生空指针异常，但是以上的程序编译通过了，并且运行的时候也没有出现任何异常，这说明虽然表面看起来是采用“引用”去访问，但实际上在运行的时候还是直接通过“类”去访问的。静态方法是这样吗？请看以下代码：

public class Man {
  //身份证号
  int idCard;
  //性别（所有男人的性别都是“男”）
  //true表示男，false表示女
  static boolean sex = true;
  public Man(int idCard){
    this.idCard = idCard;
  }
  //静态方法
  public static void printInfo(){
    System.out.println("-----" + (Man.sex ? "男" : "女") + "------");
  }
}

public class ManTest {
  public static void main(String[] args) {
    //静态变量比较正式的访问方式
    System.out.println("性别 = " + Man.sex);
    //创建对象
    Man jack = new Man(100);
    //使用“引用”来访问静态变量可以吗？
    System.out.println("性别 = " + jack.sex);
    //对象被垃圾回收器回收了
    jack = null;
    //使用“引用”还可以访问吗？
    System.out.println("性别 = " + jack.sex);
    //静态方法比较正式的访问方式
    Man.printInfo();
    //访问静态方法可以使用引用吗？并且空的引用可以吗？
    jack.printInfo();
  }
}

运行结果如下图所示：

图11-21：静态方法可以使用引用访问吗

通过以上代码测试得知，静态变量和静态方法比较正式的方式是直接采用“类名”访问，但实际上使用“引用”也可以访问，并且空引用访问静态变量和静态方法并不会出现空指针异常。实际上，在开发中并不建议使用“引用”去访问静态相关的成员，因为这样会让程序员困惑，因为采用“引用”方式访问的时候，程序员会认为你访问的是实例相关的成员。

总之，所有实例相关的，包括实例变量和实例方法，必须先创建对象，然后通过“引用”的方式去访问，如果空引用访问实例相关的成员，必然会出现空指针异常。所有静态相关的，包括静态变量和静态方法，直接使用“类名”去访问。虽然静态相关的成员也能使用“引用”去访问，但这种方式并不被主张。

Java static静态代码块

静态代码块的语法格式是这样的：

类{
//静态代码块
static{
java语句;
}
}

静态代码块在类加载时执行，并且只执行一次。开发中使用不多，但离了它有的时候还真是没法写代码。静态代码块实际上是java语言为程序员准备的一个特殊的时刻，这个时刻就是类加载时刻，如果你想在类加载的时候执行一段代码，那么这段代码就有的放矢了。例如我们要在类加载的时候解析某个文件，并且要求该文件只解析一次，那么此时就可以把解析该文件的代码写到静态代码块当中了。我们来测试一下静态代码块：

public class StaticTest01 {
  //静态代码块
  static{
    System.out.println(2);
  }
  //静态代码块
  static{
    System.out.println(1);
  }
  //main方法
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("main execute!");
  }
  //静态代码块
  static{
    System.out.println(0);
  }
}

运行结果如下图所示：

图11-22：静态代码块运行结果

通过以上的测试可以得知一个类当中可以编写多个静态代码块（尽管大部分情况下只编写一个），并且静态代码块遵循自上而下的顺序依次执行，所以有的时候放在类体当中的代码是有执行顺序的（大部分情况下类体当中的代码没有顺序要求，方法体当中的代码是有顺序要求的，方法体当中的代码必须遵守自上而下的顺序依次逐行执行），另外静态代码块当中的代码在main方法执行之前执行，这是因为静态代码块在类加载时执行，并且只执行一次。再来看一下以下代码：

public class StaticTest02 {
  int i = 100;
  static{
    System.out.println(i);
  }
}

编译结果如下图所示：

图11-23：静态代码块中访问实例变量编译报错

为什么编译报错呢？那是因为i变量是实例变量，实例变量必须先创建对象才能访问，静态代码块在类加载时执行，这个时候对象还没有创建呢，所以i变量在这里是不能这样访问的。可以考虑在i变量前添加static，这样i变量就变成静态变量了，静态变量访问时不需要创建对象，直接通过“类”即可访问，例如以下代码：

public class StaticTest02 {
  static int i = 100;
  static{
    System.out.println("静态变量i = " + i);
  }
  public static void main(String[] args) {
  }
}

运行结果如下图所示：

图11-24：静态代码块中访问静态变量

代码修改为这样呢？

public class StaticTest02 {
  static{
    System.out.println("静态变量i = " + i);
  }
  static int i = 100;
}

编译报错了，请看下图：

图11-25：编译报错信息

通过测试，可以看到有的时候类体当中的代码也是有顺序要求的（类体当中定义两个独立的方法，这两个方法是没有先后顺序要求的），静态代码块在类加载时执行，静态变量在类加载时初始化，它们在同一时间发生，所以必然会有顺序要求，如果在静态代码块中要访问i变量，那么i变量必须放到静态代码块之前。

Java static静态方法

方法在什么情况下会声明为静态的呢？方法实际上描述的是行为动作，我认为当某个动作在触发的时候需要对象的参与，这个方法应该定义为实例方法，例如：每个玩篮球的人都会打篮球，但是你打篮球和科比打篮球最终的效果是不一样的，显然打篮球这个动作存在对象差异化，该方法应该定义为实例方法。再如：每个高中生都有考试的行为，但是你考试和学霸考试最终的结果是不一样的，一个上了“家里蹲大学”，一个上了“清华大学”，显然这个动作也是需要对象参与才能完成的，所以考试这个方法应该定义为实例方法。

以上描述是从设计思想角度出发来进行选择，其实也可以从代码的角度来进行判断，当方法体中需要直接访问当前对象的实例变量或者实例方法的时候，该方法必须定义为实例方法，因为只有实例方法中才有this，静态方法中不存在this。请看代码：

public class Customer {
  String name;
  public Customer(String name){
    this.name = name;
  }
  public void shopping(){
    //直接访问当前对象的name
    System.out.println(name + "正在选购商品！");
    //继续让当前对象去支付
    pay();
  }
  public void pay(){
    System.out.println(name + "正在支付！");
  }
}

public class CustomerTest {
  public static void main(String[] args) {
    Customer jack = new Customer("jack");
    jack.shopping();
    Customer rose = new Customer("rose");
    rose.shopping();
  }
}

运行结果如下图所示：

图11-26：运行结果

在以上的代码中，不同的客户购物，最终的效果都不同，另外在shopping()方法中访问了当前对象的实例变量name，以及调用了实例方法pay()，所以shopping()方法不能定义为静态方法，必须声明为实例方法。

另外，在实际的开发中，“工具类”当中的方法一般定义为静态方法，因为工具类就是为了方便大家的使用，将方法定义为静态方法，比较方便调用，不需要创建对象，直接使用类名就可以访问。请看以下工具类，为了简化“System.out.println();”代码而编写的工具类：

public class U {
  public static void p(int data){
    System.out.println(data);
  }
  public static void p(long data){
    System.out.println(data);
  }
  public static void p(float data){
    System.out.println(data);
  }
  public static void p(double data){
    System.out.println(data);
  }
  public static void p(boolean data){
    System.out.println(data);
  }
  public static void p(char data){
    System.out.println(data);
  }
  public static void p(String data){
    System.out.println(data);
  }
}

运行结果如下图所示：