Java static

一、static关键字的用途

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：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。
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。

1、static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/变量都是必须依赖具体的对象才能够被调用。
但是要注意的是，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。举个简单的例子：

图1.1 static方法

在上面的代码中，由于print2方法是独立于对象存在的，可以直接用过类名调用。假如说可以在静态方法中访问非静态方法/变量的话，那么如果在main方法中有下面一条语句：
MyObject.print2();
此时对象都没有，str2根本就不存在，所以就会产生矛盾了。
同样对于方法也是一样，由于你无法预知在print1方法中是否访问了非静态成员变量，所以也禁止在静态成员方法中访问非静态成员方法。

而对于非静态成员方法，它访问静态成员方法/变量显然是毫无限制的。
因此，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。

★构造器是静态方法吗？

在thinking in java中，第96页提到，“即使没有显示地使用static关键字，构造器实际上也是静态方法”，对此我产生了疑惑，于是找相关资料进行确认，在一篇大神的博客中得到了答案，那就是构造器不是静态方法。 主要是以下几点原因：

• Java虚拟机规范第二版中定义了四种不同的字节码指令来处理Java程序中不同种类的方法的调用：
  • invokestatic - 用于调用类（静态）方法
  • invokespecial - 用于调用实例方法，特化于super方法调用、private方法调用与构造器调用
  • invokevirtual - 用于调用一般实例方法（包括声明为final但不为private的实例方法）
  • invokeinterface - 用于调用接口方法
• 其中，invokestatic与invokespecial调用的目标必然是可以静态绑定的（比如不被继承），因为它们都无法参与子类型多态；invokevirtual与invokeinterface的则一般需要做运行时绑定，JVM实现可以有选择的根据final或实际运行时类层次或类型反馈等信息试图进行静态绑定。
• 那么Java中的实例构造器是不是“静态方法”呢？从Java语言规范中给出的“静态方法”的定义来看，答案是“否”——首先从Java语言规范对“方法”的定义来说，构造器根本不是“方法”；其次，实例构造器有一个隐式参数，“this”，在实例构造器中可以访问“this”，可以通过“this”访问到正在初始化的对象实例的所有实例成员。
• 实例构造器无法被隐藏或覆写，不参与多态，因而可以做静态绑定。从这个意义上可以认为实例构造器是“静态”的，但这种用法与Java语言定义的“静态方法”是两码事。
• 另外需要注意的是，Java语言中，实例构造器只能在new表达式（或别的构造器）中被调用，不能通过方法调用表达式来调用。new表达式作为一个整体保证了对象的创建与初始化是打包在一起进行的，不能分开进行；但实例构造器只负责对象初始化的部分，“创建对象”的部分是由new表达式本身保证的。

这个例子的注意点在于：

1. Java的实例构造器只负责初始化，不负责创建对象；Java虚拟机的字节码指令的设计也反映了这一点，有一个new指令专门用于创建对象实例，而调用实例构造器则使用invokespecial指令。
2. “this”是作为实例构造器的第一个实际参数传入的。

• 静态方法中不能使用this，而构造器中可以使用this关键字。this是指调用当前方法的对象，而静态方法不属于任何对象。

2、static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。

3、static代码块

static关键字还有一个比较关键的作用就是 用来形成静态代码块以优化程序性能。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。

为什么说static块可以用来优化程序性能，是因为它的特性:只会在类加载的时候执行一次。下面看个例子:

class Person{
    private Date birthDate;
     
    public Person(Date birthDate) {
        this.birthDate = birthDate;
    }
     
    boolean isBornBoomer() {
        Date startDate = Date.valueOf("1946");
        Date endDate = Date.valueOf("1964");
        return birthDate.compareTo(startDate)>=0 && birthDate.compareTo(endDate) < 0;
    }
}

isBornBoomer是用来这个人是否是1946-1964年出生的，而每次isBornBoomer被调用的时候，都会生成startDate和birthDate两个对象，造成了空间浪费，如果改成这样效率会更好：

class Person{
    private Date birthDate;
    private static Date startDate,endDate;
    static{
        startDate = Date.valueOf("1946");
        endDate = Date.valueOf("1964");
    }
     
    public Person(Date birthDate) {
        this.birthDate = birthDate;
    }
     
    boolean isBornBoomer() {
        return birthDate.compareTo(startDate)>=0 && birthDate.compareTo(endDate) < 0;
    }
}

因此，很多时候会将一些只需要进行一次的初始化操作都放在static代码块中进行。

二、static关键字的误区

1、static关键字会改变类中成员的访问权限吗？

有些初学的朋友会将java中的static与C/C++中的static关键字的功能混淆了。在这里只需要记住一点：与C/C++中的static不同，Java中的static关键字不会影响到变量或者方法的作用域。在Java中能够影响到访问权限的只有private、public、protected（包括包访问权限）这几个关键字。看下面的例子就明白了：


图2.1  static不会改版变量和方法的访问权限

提示错误"Person.age 不可视"，这说明static关键字并不会改变变量和方法的访问权限。

2、能通过this访问静态成员变量吗？

虽然对于静态方法来说没有this，那么在非静态方法中能够通过this访问静态成员变量吗？先看下面的一个例子，这段代码输出的结果是什么？

public class Main {　　
    static int value = 33;
 
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        new Main().printValue();
    }
 
    private void printValue(){
        int value = 3;
        System.out.println(this.value);
    }
}

// 结果：
// 33

这里面主要考察队this和static的理解。this代表什么？this代表当前对象，那么通过new Main()来调用printValue的话，当前对象就是通过new Main()生成的对象。
而static变量是被对象所享有的，因此在printValue中的this.value的值毫无疑问是33。在printValue方法内部的value是局部变量，根本不可能与this关联，所以输出结果是33。

在这里永远要记住一点：静态成员变量虽然独立于对象，但是不代表不可以通过对象去访问，所有的静态方法和静态变量都可以通过对象访问（只要访问权限足够）。、

3、static能作用于局部变量么？

在C/C++中static是可以作用域局部变量的，但是在Java中切记：static是不允许用来修饰局部变量。这是Java语法的规定。

三、常见的笔试面试题

下面列举一些面试笔试中经常遇到的关于static关键字的题目，仅供参考。

1、下面这段代码的输出结果是什么？

public class Test extends Base{
 
    static{
        System.out.println("test static");
    }
     
    public Test(){
        System.out.println("test constructor");
    }
     
    public static void main(String[] args) {
        new Test();
    }
}
 
class Base{
     
    static{
        System.out.println("base static");
    }
     
    public Base(){
        System.out.println("base constructor");
    }
}

// 结果
// base static
// test static
// base constructor
// test constructor

至于为什么是这个结果，我们先不讨论，先来想一下这段代码具体的执行过程：
在执行开始，先要寻找到main方法，因为main方法是程序的入口，但是在执行main方法之前，必须先加载Test类，而在加载Test类的时候发现Test类继承自Base类，因此会转去先加载Base类，在加载Base类的时候，发现有static块，便执行了static块。
在Base类加载完成之后，便继续加载Test类，然后发现Test类中也有static块，便执行static块。在加载完所需的类之后，便开始执行main方法。在main方法中执行new Test()的时候会先调用父类的构造器，然后再调用自身的构造器。因此，便出现了上面的输出结果。

2、这段代码的输出结果是什么？

public class Test {
    Person person = new Person("Test");
    static{
        System.out.println("test static");
    }
     
    public Test() {
        System.out.println("test constructor");
    }
     
    public static void main(String[] args) {
        new MyClass();
    }
}
 
class Person{
    static{
        System.out.println("person static");
    }
    public Person(String str) {
        System.out.println("person "+str);
    }
}
 
 
class MyClass extends Test {
    Person person = new Person("MyClass");
    static{
        System.out.println("myclass static");
    }
     
    public MyClass() {
        System.out.println("myclass constructor");
    }
}

// 结果
// test static
// myclass static
// person static
// person Test
// test constructor
// person MyClass
// myclass constructor

类似地，我们还是来想一下这段代码的具体执行过程：
首先加载Test类，因此会执行Test类中的static块。接着执行new MyClass()，而MyClass类还没有被加载，因此需要加载MyClass类。在加载MyClass类的时候，发现MyClass类继承自Test类，但是由于Test类已经被加载了，所以只需要加载MyClass类，那么就会执行MyClass类的中的static块。在加载完之后，就通过构造器来生成对象。
而在生成对象的时候，必须先初始化父类的成员变量，因此会执行Test中的Person person = new Person()，而Person类还没有被加载过，因此会先加载Person类并执行Person类中的static块，接着执行父类的构造器，完成了父类的初始化，然后就来初始化自身了，因此会接着执行MyClass中的Person person = new Person()，最后执行MyClass的构造器。

3、这段代码的输出结果是什么？

public class Test {
     
    static{
        System.out.println("test static 1");
    }
    public static void main(String[] args) {
         
    }
     
    static{
        System.out.println("test static 2");
    }
}

// 结果
// test static 1
// test static 2

虽然在main方法中没有任何语句，但是还是会输出，原因上面已经讲述过了。另外，static块可以出现类中的任何地方（只要不是方法内部，记住，任何方法内部都不行），并且执行是按照static块的顺序执行的。

参考资料

1、Java中的static关键字解析，博客园 2、构造器是静态方法吗？，CSDN