java面向对象进阶篇--static

一、前言

java进阶篇已经开始了，先从面向对象开始，由于时间原因今天就只更新了static部分，内容上特别详细，一些特别的注意事项也在反复的提醒大家。

温馨提示一下，往后的java篇会越来越难，希望大家能够坚持下去。大家一起努力！！！

二、基础概念

定义静态变量

静态变量使用 static 关键字声明。通常在类级别、方法外部定义，并且在整个类的生命周期内存在一份实例。静态变量可以是基本数据类型（如 int、double 等）或引用类型（如对象的引用）。

访问静态变量

静态变量可以通过类名直接访问，也可以通过对象实例访问，但推荐使用类名访问，因为静态变量不是对象的一部分。

静态变量的初始化

静态变量可以在声明时初始化，也可以在静态初始化块中初始化。静态初始化块在类加载时执行，并且仅执行一次。

特点与注意事项

类级别共享：静态变量的值对所有类的实例来说是共享的，它们只有一份拷贝存在于内存中。
生命周期：静态变量随着类的加载而初始化，而不是随着对象的创建而初始化。它们存在于整个类的生命周期内，直到程序结束或类被卸载。
线程安全：静态变量在多线程环境下可能存在并发访问的问题，因此需要考虑线程安全性，可以使用 synchronized 关键字或其他并发控制机制来保护静态变量的访问。
命名规范：通常静态变量的命名习惯是使用大写字母和下划线分隔单词（例如 MAX_SIZE），以区分于实例变量。
应用场景：静态变量通常用于表示类的常量（如 Math.PI）、计数器（记录类实例创建次数）、单例模式中的实例等场景。

三、static静态变量

看上图可以发现，李四的输出信息中没有老师的姓名，那是因为李四并没有给teacher这个变量赋值。

总所周知，在一个教室中，老师是学生们共有的，所以有没有一种方法使得所有学生都能有这一属性呢，答案当然是有的。这就得使用我们的static静态变量了。

代码优化：

Student.teacher = "李老师";
Student student = new Student();
student.setName("张三");
student.setAge(18);
student.setGender("男");


student.study();
student.show();

Student student1 = new Student("李四", 19, "女");
student1.study();
student1.show();

运行结果：

思考一下teacher这一变量并没有赋值给学生，但是每个学生都有这一属性。

这就是静态变量的神奇之处，

好好的去理解一下这句话。

只要在类中存在了，他就会存在于整个生命周期中。

静态变量的值对所有类的实例来说是共享的。

四、static内存图

图片出自黑马程序员

注：静态变量是随着类的加载而加载的，优先于对象出现。

注：静态区的变量是共享的

五、静态方法和工具类

几种常见的工具类

javabeen类

Java Bean 类是Java开发中常见的一种模式，它有助于实现数据的封装和重用，同时也是构建面向对象程序设计中的基础组件之一。

使用 Java Bean 类的场景：

数据封装：用于封装应用程序中的数据，提供简洁的访问和修改方式。
数据传输：用于传输数据，例如在客户端和服务器之间，或者在不同层之间。
框架兼容性：许多框架（如Spring等）利用 Java Bean 的约定进行依赖注入和配置管理。

测试类

在Java中，测试类通常用于编写和运行单元测试，以验证程序的各个部分是否按预期工作。这些测试类是独立的Java类，用于测试应用程序中的其他类或方法的功能和行为。

编写测试类的基本步骤

导入必要的类和方法：

根据选择的测试框架，导入正确的测试注解和断言方法。通常，需要导入类似于 org.junit.jupiter.api.Test 和 org.junit.jupiter.api.Assertions.* 这样的类。

编写测试方法：

使用测试框架提供的注解（如 @Test）标记测试方法，以便测试运行器能够识别它们。
在方法中编写测试逻辑，通常包括调用待测试的方法或类，并使用断言来验证预期的行为或结果是否正确。

运行测试：

在集成开发环境（IDE）中，通常可以通过右键单击测试类并选择“运行测试”来直接运行单元测试。
也可以通过构建工具（如 Maven 或 Gradle）的测试插件来运行测试，或者使用命令行界面运行测试。

工具类

Java 中的工具类是一种常见的编程实践，用于封装一些常用的静态方法或者提供一些静态字段，以便在整个应用程序中方便地进行调用和重用。工具类通常不包含状态，其方法一般是无副作用的，主要用于功能性的操作。

静态方法：

工具类中的方法通常是静态的，可以直接通过类名调用，无需实例化对象。

私有构造函数：

通常会将工具类的构造函数声明为私有，以防止被实例化。因为工具类主要是为了提供静态方法，而不是创建对象。

常用的静态方法：

工具类可以包含各种常用的静态方法，例如字符串处理、日期操作、数学计算等。

无状态：

工具类通常不包含成员变量，也不维护状态，这样可以确保其方法的纯粹性，避免副作用。

实用性：

工具类主要用于封装一些通用的操作，提高代码的复用性和可维护性。在大型项目中特别有用，可以减少代码重复。

定义数组工具类

代码实现：

/**
     * 将整数数组转换为字符串表示形式。
     * 该方法通过StringBuilder构建数组的字符串表示，以避免使用+操作符连接字符串时的性能问题。
     * 它遍历数组，并将每个元素添加到StringBuilder中，除了最后一个元素之外，每个元素后面都跟上一个逗号。
     * 最后，方法返回StringBuilder的字符串形式，该字符串以方括号包围数组元素。
     *
     * @param arr 整数数组，要转换为字符串表示的数组。
     * @return 字符串表示的数组，格式为"[元素1, 元素2, ..., 元素n]"。
     */
    public static String printArray(int[] arr){
        // 初始化StringBuilder以构建数组的字符串表示。
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        // 开始构建字符串，先添加左方括号。
        sb.append("[");
        // 遍历数组中的每个元素。
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            // 如果当前元素是最后一个元素，就不添加逗号。
            if (i == arr.length - 1){
                sb.append(arr[i]);
            }else {
                // 对于其他元素，在其后面添加逗号。
                sb.append(arr[i]).append(",");
            }
        }
        // 完成构建字符串，添加右方括号。
        sb.append("]");
        // 返回构建好的字符串表示的数组。
        return sb.toString();
    }

    /**
     * 计算数组的平均值。
     * 
     * @param arr2 一个double类型的数组，用于计算平均值。
     * @return 返回数组所有元素的平均值。
     */
    public static double getAverage(double[] arr2){
        double sum = 0; // 初始化累加和为0
        // 遍历数组，累加数组中的每个元素
        for (int i = 0; i < arr2.length; i++) {
            sum += arr2[i];
        }
        // 返回累加和除以数组长度得到的平均值
        return sum / arr2.length;
    }

结果展示：

定义学生工具类

代码实现：

/**
 * StudentUtil类是一个工具类，用于学生信息的操作。
 * 该类被设计为不可实例化，通过提供静态方法来服务。
 */
private StudentUtil(){}

/**
 * 获取学生列表中最大的年龄。
 * 
 * @param list 一个ArrayList类型的学生列表，不能为空。
 * @return 返回学生列表中的最大年龄。
 * 
 * 注意：该方法假设列表至少有一个学生，没有进行空列表的检查。
 */
public static int getMaxAge(ArrayList<Student>list){
    /* 初始化最大年龄为列表第一个学生的年龄 */
    int maxAge = list.getFirst().getAge();
    /* 遍历学生列表，寻找最大年龄 */
    for (Student student : list) {
        /* 如果当前学生的年龄大于已知的最大年龄，则更新最大年龄 */
        if (student.getAge() > maxAge) maxAge = student.getAge();
    }
    /* 返回找到的最大年龄 */
    return maxAge;
}

结果展示：

六、static注意事项和使用场景

静态字段：

静态字段属于类而不是实例。这意味着所有实例共享同一个静态字段的值。应谨慎使用静态字段，因为它们的状态是全局的，并可能导致并发访问问题。

静态方法：

静态方法可以直接通过类名调用，无需实例化对象。通常用于实现工具类、工厂方法或者在没有实例化对象时执行某些操作的情况。静态方法不能访问非静态方法或者实例变量，因为它们没有隐式的 this 引用。

静态块：

静态块用 static { ... } 来声明，它在类加载时执行，并且仅执行一次。通常用于初始化静态字段或执行静态方法。

静态类：

如果类被声明为 static，那么它通常是一个内部类，表明它不需要外部类的实例即可被实例化。静态内部类不能直接访问非静态的外部类成员。

注意事项：

线程安全性：静态字段和方法是类级别的，可能会影响多个实例或线程。确保在多线程环境下使用时考虑到线程安全性。
单例模式：静态方法和块常用于实现单例模式。确保单例的唯一性和线程安全性是使用静态的重要考虑因素。
依赖注入：静态方法或字段不适合用于依赖注入，因为它们导致代码紧耦合，并使得单元测试变得困难。
静态导入：
使用 import static 可以导入静态方法和字段，使得在使用时可以不通过类名而直接访问。这在某些情况下可以提高代码的可读性，但也要避免滥用，以免降低代码的可维护性。