解析Java中的static關鍵字
一.static關鍵字使用場景
static關鍵字主要有以下5個使用場景：
1.1、靜態變量
把一個變量聲明為靜態變量通常基於以下三個目的：
- 作為共享變量使用
- 減少對象的創建
- 保留唯一副本
第一種比較容易理解，由於static變量在內存中隻會存在一個副本，所以其可以作為共享變量使用，比如要定義一個全局配置、進行全局計數。如：
public class CarConstants {
// 全局配置,一般全局配置會和final一起配合使用, 作為共享變量
public static final int MAX_CAR_NUM = 10000;
}
public class CarFactory {
// 計數器
private static int createCarNum = 0;
public static Car createCar() {
if (createCarNum > CarConstants.MAX_CAR_NUM) {
throw new RuntimeException("超出最大可生產數量");
}
Car c = new Car();
createCarNum++;
return c;
}
public static getCreateCarNum() {
return createCarNum;
}
}
第二種雖然場景不多，但是基本在每個工程裡面都會使用到，比如聲明Loggger變量：
private static final Logger LOGGER = LogFactory.getLoggger(MyClass.class);
實際上，如果把static去掉也是可行的，比如：
private final Logger LOGGER = LogFactory.getLoggger(MyClass.class);
這樣一來，對於每個MyClass的實例化對象都會擁有一個LOGGER，如果創建瞭1000個MyClass對象，則會多出1000個Logger對象，造成資源的浪費，因此通常會將Logger對象聲明為static變量，這樣一來，能夠減少對內存資源的占用。
第三種最經典的場景莫過於單例模式瞭，單例模式由於必須全局隻保留一個副本，所以天然和static的初衷是吻合的，用static來修飾再合適不過瞭。
public class 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、靜態方法
將一個方法聲明為靜態方法，通常是為瞭方便在不創建對象的情況下調用。這種使用方式非常地常見，比如jdk的Collections類中的一些方法、單例模式的getInstance方法、工廠模式的create/build方法、util工具類中的方法。
1.3、靜態代碼塊
靜態代碼塊通常來說是為瞭對靜態變量進行一些初始化操作，比如單例模式、定義枚舉類：
單例模式
public class Singleton {
private static Singleton instance;
static {
instance = new Singleton();
}
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
枚舉類
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 Map<Integer, WeekDayEnum> WEEK_ENUM_MAP = new HashMap<Integer, WeekDayEnum>();
// 對map進行初始化
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、靜態內部類
內部類一般情況下使用不是特別多，如果需要在外部類裡面定義一個內部類，通常是基於外部類和內部類有很強關聯的前提下才去這麼使用。
在說靜態內部類的使用場景之前，我們先來看一下靜態內部類和非靜態內部類的區別：
非靜態內部類對象持有外部類對象的引用（編譯器會隱式地將外部類對象的引用作為內部類的構造器參數）；而靜態內部類對象不會持有外部類對象的引用
由於非靜態內部類的實例創建需要有外部類對象的引用，所以非靜態內部類對象的創建必須依托於外部類的實例；而靜態內部類的實例創建隻需依托外部類；
並且由於非靜態內部類對象持有瞭外部類對象的引用，因此非靜態內部類可以訪問外部類的非靜態成員；而靜態內部類隻能訪問外部類的靜態成員；
兩者的根本性區別其實也決定瞭用static去修飾內部類的真正意圖：
- 內部類需要脫離外部類對象來創建實例
- 避免內部類使用過程中出現內存溢出
第一種是目前靜態內部類使用比較多的場景，比如JDK集合中的Entry、builder設計模式。
HashMap Entry：
builder設計模式：
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;
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;
}
}
// 在需要創建Person對象的時候
Person person = new Person.Builder().name("張三").age(17).build();
第二種情況一般出現在多線程場景下，非靜態內部類可能會引發內存溢出的問題，比如下面的例子：
public class Task {
public void onCreate() {
// 匿名內部類, 會持有Task實例的引用
new Thread() {
public void run() {
//...耗時操作
};
}.start();
}
}
上面這段代碼中的：
new Thread() {
public void run() {
//...耗時操作
};
}.start();
聲明並創建瞭一個匿名內部類對象，該對象持有外部類Task實例的引用，如果在在run方法中做的是耗時操作，將會導致外部類Task的實例遲遲不能被回收，如果Task對象創建過多，會引發內存溢出。
優化方式：
public class Task {
public void onCreate() {
SubTask subTask = new SubTask();
subTask.start();
}
static class SubTask extends Thread {
@Override
public void run() {
//...耗時操作
}
}
}
1.5、靜態導入
靜態導入其實就是import static，用來導入某個類或者某個包中的靜態方法或者靜態變量。如下面這段代碼所示：
import static java.lang.Math.PI;
public class MathUtils {
public static double calCircleArea(double r) {
// 可以直接用 Math類中的靜態變量PI
return PI * r * r;
}
}
這樣在書寫代碼的時候確實能省一點代碼，但是會影響代碼可讀性，所以一般情況下不建議這麼使用。
二.static變量和普通成員變量區別
static變量和普通成員變量主要有以下4點區別：
- 區別1：所屬不同。static變量屬於類，不單屬於任何對象；普通成員變量屬於某個對象
- 區別2：存儲區域不同。static變量位於方法區；普通成員變量位於堆區。
- 區別3：生命周期不同。static變量生命周期與類的生命周期相同；普通成員變量和其所屬的對象的生命周期相同。
- 區別4：在對象序列化時（Serializable），static變量會被排除在外（因為static變量是屬於類的，不屬於對象）
三.類的構造器到底是不是static方法？
關於類的構造器是否是static方法有很多爭議，在《java編程思想》一書中提到“類的構造器雖然沒有用static修飾，但是實際上是static方法”，個人認為這種說法有點欠妥，原因如下：
1）在類的構造器中，實際上有一個隱藏的參數this引用，this是跟對象綁定的，也就是說在調用構造器之前，這個對象已經創建完畢瞭才能出現this引用。而構造器的作用是幹什麼的呢？它負責在創建一個實例對象的時候對實例進行初始化操作，即jvm在堆上為實例對象分配瞭相應的存儲空間後，需要調用構造器對實例對象的成員變量進行初始化賦值操作。
2）我們再來看static方法，由於static不依賴於任何對象就可以進行訪問，也就是說和this是沒有任何關聯的。從這一層面去講，類的構造器不是static方法
3）從JVM指令層面去看，類的構造器不是static方法，我們先看一下下面這段代碼：
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");
}
}
這段代碼反編譯之後的字節碼如下：
從上面可以看出，在調用static方法是調用的是invokestatic指令，而在調用類的構造器時實際上執行的是invokespecial指令，而這2個指令在JVM規范中的解釋如下：
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html#jvms-6.5.invokestatic
可以看出，這2個指令的用途是完全不同的，invokestatic定義很清楚，就是用來調用執行static方法，而invokespecial用來調用實例方法，用來特殊調用父類方法、private方法和類的構造器。
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