Java——静态成员

news2024/11/27 19:42:13

一、静态变量（Static Variables）

1、静态变量是什么

静态变量，又被称为类变量，它使用 static 关键字修饰。静态变量是类级别的变量，在类加载时初始化。

2、静态变量的特点

类级别共享：静态变量在所有实例间共享，所有对象访问的是同一个静态变量。

内存管理：生命周期与类一致，从类加载到类卸载。静态变量在类加载时分配内存，直到程序结束才释放。

可以通过类名直接访问：静态变量是属于整个类的，所以它不需要实例就可以访问，直接使用类名进行访问。例如 ClassName.staticVariable。

类级别共享：静态变量在所有实例间共享，所有对象访问的是同一个静态变量。

3、静态变量的定义与声明

public class MyClass {
    public static int staticVar = 0; // 静态变量
    public int instanceVar = 0;      // 实例变量
}

4、静态变量的使用场景

1）计数器

用于记录类被实例化的次数。

public class Counter {
    public static int count = 0;

    public Counter() {
        count++;
    }
}

2）共享资源

例如在工具类中共享某些资源或配置。

public class Utility {
	private static Scanner input = new Scanner(System.in);
    // 静态变量，用于工具类的共享

	public static char readAChar(char[] validChars) {
        //...
	}
}

3）定义常量

常用static final组合来定义常量。定义全局常量，如数学常数、配置信息等。

public class Constants {
    public static final double PI = 3.141592653589793;
}

5、静态变量的存储位置

在JDK 8，Java对内存管理进行了变更。

方法区被移除，取而代之的是元空间 (Metaspace)。对于方法区是在JVM中的，而对于元空间，则是位于本地内存中的。

因此，静态变量和常量池不再存储在永久代（永久代是方法区的实现）中，而是迁移到了堆内存中。这些改变是为了改善内存管理，避免永久代的内存限制问题。

所以说：

  1. JDK 8 之前：

    静态变量存储在方法区中。

  2. JDK 8 及之后：

    永久代被元空间取代。静态变量迁移到堆内存中。元空间用于存储类的元数据，位于本地内存中而非JVM堆中。

二、静态方法（Static Methods）

1、静态方法是什么

静态方法（又叫类方法）是使用static关键字声明的方法。它们属于类本身，可以在无需创建类实例的情况下调用。

Math.random();

我们可以想到调用 Math 类中的 random() 方法，直接使用类名就可以调用这个方法，所以这个方法是静态方法。

2、静态方法特点

1）特点

无需实例化：可以通过类名直接调用静态方法。

访问限制：静态方法只能直接访问其他静态成员（变量和方法），不能访问实例成员。

不能使用this和super关键字：因为静态方法不属于任何实例。

多态性限制：静态方法不支持运行时多态，只能进行静态绑定。静态方法不能被重写，因为静态方法是与类相关联的，不依赖于具体实例。因此，不能通过子类的实例来覆盖父类的静态方法。

2）补充

如果在子类中定义了与父类静态方法同名的方法，这不是重写，而称为方法隐藏。调用时，方法的选择取决于引用变量的类型（也就是说取决于编译时类型，所以这就是静态绑定），而不是对象的实际类型（运行时类型）。

public class Example {
	public static void main(String[] args) {
		SuperClass sc = new SubClass();
		sc.staticMethod();
	}
}

class SuperClass {
	public static void staticMethod() {
		System.out.println("SuperClass staticMethod~");
	}
}

class SubClass extends SuperClass{
	public static void staticMethod() {
		System.out.println("SubClass staticMethod~");
	}
}

运行结果：

3、静态方法的最佳实践

1）工具类方法

如java.lang.Math类的方法，提供数学运算功能。

double result = Math.sqrt(25.0); // 调用静态方法

不仅是Math这种标准库中提供的方法类，我们自己实现的方法类中的方法一般也是使用静态方法。

2）工厂方法

返回类的实例的静态方法。

public class Factory {
    public static MyClass createInstance() {
        return new MyClass();
    }
}

3）主方法

Java程序的入口点是静态方法main。

public static void main(String[] args) {
    // 程序入口
}

三、main 方法详解

1、main 方法介绍

在Java中，main方法是程序的入口点。它是一个特殊的方法，Java虚拟机（JVM）在运行程序时会首先调用它。

2、main 方法的定义格式

public static void main(String[] args)

这是 main 方法的定义格式，但是，它的定义格式为什么是这样的呢？

  1. public: 访问修饰符，表示该方法可以被任何地方调用。因为JVM需要调用main方法，因此必须是public。

  2. static: 静态修饰符，意味着该方法属于类而不是类的实例。JVM无需创建类的对象即可调用main方法。

  3. void: 返回类型，main方法不返回任何值。

  4. main: 方法名，必须是main，因为这是JVM识别的入口点。

  5. String[] args: 参数，args是一个String数组，用于接收命令行参数。用户可以在运行程序时向main方法传递参数。

3、main 方法的参数

我们可以通过命令行传递参数给 main 方法，我们先写一段程序：

public class Arguments {
    public static void main(String[] args) {
        for(String arg : args) {
            System.out.println("Argument: " + arg);
        }
    }
}

然后我们在命令行中编译这个代码：

然后运行程序，同时传入几个参数，可以看到运行结果是：

这里我们给 main 方法传入了三个参数：

Hello World !

三个字符串。然后这三个字符串通过我们在 main 方法中写的遍历参数数组的语句被打印出来。

4、在 IDEA 中给 main 方法传参

运行结果：

三、代码块（Block）

1、代码块介绍

1）代码块是什么

在Java中，代码块又称为初始化块，有些情况下初始化比较复杂，需要将其封装在代码块中。他没有名字，不能通过对象或者类名调用。一般是加载类时或者创建对象时隐式调用。

代码块分为实例代码块和静态代码块。它们用于在特定情况下执行特定的初始化操作。

2）代码块定义格式

    // 前面可以有修饰符可选，但也仅限 static 修饰符
    [static]{
        // 语句
    }

2、实例代码块（Instance block）

1）介绍

实例代码块在创建对象时执行。每次创建对象时，都会执行实例代码块的内容。如果只是使用类的静态成员，实例代码块并不会执行。

实例代码块中可以访问实例成员，也可以访问静态成员。

  1. 执行时机：在每次创建对象时执行，优先于构造函数执行。
  2. 使用场景：可以用于所有构造函数中共享的初始化代码，避免代码重复。所以可以将实例代码块理解成构造器的补充机制，用来辅助构造器来初始化对象。

2）示例

public class Block {
	public static void main(String[] args) {
		new Test();
		new Test(1);
	}
}

class Test {
	private int x;

	{
		System.out.print("实例代码块：x被初始化为 ");
	}

	public Test() {
		this.x = 0;
		System.out.println(this.x);
		System.out.println("Test()构造器");
	}

	public Test(int x) {
		this.x = x;
		System.out.println(this.x);
		System.out.println("Test(int x)构造器");
	}
}

运行结果：

3、静态代码块（Static block）

1）介绍

静态代码块用于初始化静态变量，只在类加载时执行一次。可以用于复杂的静态变量初始化或执行需要的配置信息。

静态代码块只能访问静态成员。

特点：

  • 类加载时执行：静态代码块在类首次加载到JVM时执行，且只执行一次。

  • 顺序执行：如果有多个静态代码块，按照在类中出现的顺序依次执行。

用途：

  • 静态变量复杂初始化：当静态变量的初始化不只是简单的赋值时，可以使用静态代码块。

  • 加载资源或配置：在类加载时执行一次性操作，如加载配置文件。

2）类的加载

在Java中，一个类在一次程序运行中通常只会被加载一次。类加载的具体机制由类加载器管理，确保每个类在运行期间仅加载一次。

类的加载会由以下行为触发：

  1. 创建类的实例：使用 new 关键字创建对象时。

  2. 访问类的静态成员（静态变量或静态方法）：此时类会被加载，以便访问这些静态成员。例如包含 main 方法的类在程序启动时加载。因为程序启动时，JVM 会调用静态方法 main 方法。

  3. 通过反射机制：使用 Class.forName() 或其他反射API。

  4. 初始化子类：当子类被初始化时，父类也会被加载和初始化。

如果程序中没有触发这些行为，类就不会被加载。

3）示例

public class Block {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("Example.staticVar = " + Example.staticVar);
	}
}

class Example {
	public static int staticVar;

	static {
		System.out.println("静态代码块");
	}
}

运行结果：

4、代码块的执行顺序

1）静态、实例代码块和构造器的执行顺序

在一个类没有加载时，创建此类的第一个对象的调用顺序是：

  1. 调用静态代码块和静态属性初始化。（静态代码块和静态属性初始化执行的优先级是一样的，如果有多个静态代码块和多个静态属性初始化，则按照它们定义的顺序执行）
  2. 调用实例代码块和实例属性初始化。（普通代码块和普通属性初始化的执行优先级也是一样的，如果有多个实例代码块和多个实例属性初始化，则按照它们定义的顺序执行）
  3. 调用构造方法。

示例：

public class Example {
	public static void main(String[] args) {
		new Test();
	}
}

class Test {
	private static int staticVar1 = initStaticVar1();

	static {
		System.out.println("静态代码块 1");
	}

	static {
		System.out.println("静态代码块 2");
	}

	private static int staticVar2 = initStaticVar2();

	private int instanceVar1 = initInstanceVar1();

	{
		System.out.println("实例代码块 1");
	}

	{
		System.out.println("实例代码块 2");
	}
	
	private int instanceVar2 = initInstanceVar2();
	
	public Test() {
		System.out.println("构造器");
	}

	public static int initStaticVar1() {
		System.out.println("staticVar1 被初始化");
		return 10;
	}

	public static int initStaticVar2() {
		System.out.println("staticVar2 被初始化");
		return 10;
	}

	public int initInstanceVar1() {
		System.out.println("instanceVar1 被初始化");
		return 20;
	}

	public int initInstanceVar2() {
		System.out.println("instanceVar2 被初始化");
		return 20;
	}
}

运行结果：

可以看到执行顺序与我们前面提到的一致，优先级一样的执行顺序由它的定义的顺序决定。

2）构造器中的执行顺序

对于一个类的构造器，它首应当是显示或者隐式调用 super() 也就是父类的构造器，然后就是执行子类的实例代码块，然后才是子类构造器的主体。

  1. 调用父类构造器：创建子类对象时，首先调用父类构造器（通过隐式或显式的 super() 调用）。

  2. 执行实例代码块：在父类构造器执行完成后，子类的实例代码块被执行。实例代码块的执行并不依赖于构造器的显式调用，而是自动插入在父类构造器调用后和子类构造器主体执行前。

  3. 执行构造器：最后，执行子类的构造器主体。

示例：

public class Example {
	public static void main(String[] args) {
		new SubClass();
	}
}

class SuperClass {
	public SuperClass() {
		System.out.println("父类构造器");
	}
}

class SubClass extends SuperClass{
	{
		System.out.println("实例代码块");
	}

	public SubClass() {
		// super(); 首先调用父类构造器
		// 执行实例代码块
		System.out.println("子类构造器");
	}
}

运行结果：

3）创建一个子类的执行顺序

在子类和父类都没有加载时，创建第一个子类对象，执行顺序为：

  1. 父类的静态代码块和静态属性初始化。（优先级一样，按定义的顺序执行）
  2. 子类的静态代码块和静态属性初始化。（优先级一样，按定义的顺序执行）
  3. 父类的实例代码块和实例属性初始化。（优先级一样，按定义的顺序执行）
  4. 父类的构造器。（取决于子类调用的是哪一个）
  5. 子类的实例代码块和实例属性初始化。（优先级一样，按定义的顺序执行）
  6. 子类的构造器。

示例：

public class Example {
	public static void main(String[] args) {
		new SubClass();
	}
}

class SuperClass {
	static {
		System.out.println("父类的静态代码块");
	}

	{
		System.out.println("父类的实例代码块");
	}

	public SuperClass() {
		System.out.println("父类的构造器");
	}
}

class SubClass extends SuperClass {
	static {
		System.out.println("子类的静态代码块");
	}

	{
		System.out.println("子类的实例代码块");
	}

	public SubClass() {
		System.out.println("子类的构造器");
	}
}

运行结果：

可以看到运行结果与我们上面提到的执行顺序一致。

参考资料：

Java学习笔记9---类静态成员变量的存储位置及JVM的内存划分_jdk8静态变量放在jvm哪里-CSDN博客

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