Java开发笔记（五十五）关键字static的用法

前面介绍嵌套类的时候讲到了关键字static，用static修饰类，该类就变成了嵌套类。从嵌套类的用法可知，其它地方访问嵌套类之时，无需动态创建外层类的实例，直接创建嵌套类的实例就行。
其实static不光修饰类，还能用来修饰方法、修饰属性等等，例如大家学习Java一开始就遇到的main方法，便为static所修饰。当一个成员方法被static修饰之后，该方法就成为静态方法；当一个成员属性被static修饰之后，该属性就成为静态属性。静态方法和静态属性，它俩同嵌套类一样不依赖于所在类的实例。外部若要访问某个类的静态方法，只需通过“类名.静态方法名”即可；同理，通过“类名.静态属性名”就能访问该类的静态属性。由于静态方法和静态属性拥有独立调用的特性，因此它们常常出现在一些通用的工具场景，例如系统的数学函数库Math，便提供了大量的静态方法和静态属性。其中常见的静态方法包括四舍五入函数Math.round、取绝对值函数math.abs、求平方根函数Math.sqrt等，常见的静态属性则有圆周率近似值Math.PI等。
那么开发者自己定义一个新类，如何得知哪些属性需要声明为静态属性，哪些方法需要声明为静态方法呢？在多数情况下，静态属性的取值一般要求是固定不变的，而静态方法只允许对输入参数进行加工，不允许操作其它的成员变量（静态属性除外）。以树木类为例，凡是会动态变化着的性状与事情，显然不适合声明为静态成员；只有与生长过程无关的概念，才适合声明为静态成员。譬如树木可分为乔木与灌木两大类，可想而知乔木与灌木的类型取值，与每棵树木的生长情况没有关联，这两种树木类型就适合作为静态属性。根据树木的类型，推断该树木的类型名称是“乔木”还是“灌木”，这个类型名称的判断方法就适合作为静态方法。如此一来，Tree类便可添加下面的静态成员声明代码：

	// static的字面意思是“静态的”，意味着无需动态创建即可直接使用。
	// 利用static修饰成员属性，外部即可通过“类名.属性名”直接访问静态属性。
	public static int TYPE_ARBOR = 1;
	public static int TYPE_BUSH = 2;

	// 利用static修饰成员方法，外部即可通过“类名.方法名”直接访问静态方法。
	public static String getTypeName(int type) {
		String type_name = "";
		if (type == TYPE_ARBOR) {
			type_name = "乔木";
		} else if (type == TYPE_BUSH) {
			type_name = "灌木";
		}
		return type_name;
	}

外部访问树木类的静态成员，只要按照“类名.静态成员名”的格式就好，具体的调用代码如下所示：

	// 演示静态成员的调用方式
	private static void testStaticMember() {
		// 使用静态属性无需创建该类的实例，只要通过“类名.静态属性名”即可访问静态属性
		System.out.println("类型TYPE_ARBOR的取值为"+TreeStatic.TYPE_ARBOR);
		System.out.println("类型TYPE_BUSH的取值为"+TreeStatic.TYPE_BUSH);
		// 使用静态方法无需创建该类的实例，只要通过“类名.静态方法名”即可访问静态方法
		String arbor_name = TreeStatic.getTypeName(TreeStatic.TYPE_ARBOR);
		System.out.println("类型TYPE_ARBOR对应的名称是"+arbor_name);
		String bush_name = TreeStatic.getTypeName(TreeStatic.TYPE_BUSH);
		System.out.println("类型TYPE_BUSH对应的名称是"+bush_name);
	}

神通广大的static不仅可以修饰类、属性、方法，它居然还能修饰一段代码块！被static修饰的代码段样例如下：

	static {
		// 这里是被static修饰的代码段内容
	}

以上为static所包裹的代码段，又被称作“静态代码块”，其作用是在系统加载该类之时立即执行这部分代码。因为此处的代码被static包括，所以静态代码块内部只能操作同类的静态属性和静态方法，而不能操作普通的成员属性和成员方法。可是这里有个问题，早先提到构造方法才是创建实例之时的初始操作，那么静态代码块与构造方法比起来，它们的执行顺序孰先孰后？倘若从Java的运行机制来解答该问题，不但费口舌而且伤脑筋，都说实践出真知，接下来不如做个实验，看看它们究竟是怎样的先来后到。
首先在树木类中声明一个静态的整型变量leaf_count，之所以添加static修饰符，是因为要给静态代码块使用；接着在静态代码块内部对该变量做自增操作，并将变量值打印到日志；同时在树木类的构造方法里面也进行leaf_count的自增运算，以及往控制台输出它的变量值。修改后的相关代码片段示例如下：

	// 叶子数量，用来演示构造方法与初始静态代码块的执行顺序
	public static int leaf_count = 0;

	// static还能用来包裹某个代码块，一旦当前类加载进内存，静态代码块就立即执行
	static {
		leaf_count++;
		System.out.println("这里是初始的静态代码块，此时叶子数量为"+leaf_count);
	}

	public TreeStatic(String tree_name) {
		this.tree_name = tree_name;
		leaf_count++;
		System.out.println("这里是构造方法，此时叶子数量为"+leaf_count);
	}

最后回到外部创建该树木类的新实例，对应代码如下所示：

	// 演示静态代码块与构造方法的执行顺序
	private static void testStaticBlock() {
		System.out.println("开始创建树木类的实例");
		TreeStatic tree = new TreeStatic("月桂");
		System.out.println("结束创建树木类的实例");
	}

运行以上的演示代码，观察到下列的日志信息：

这里是初始的静态代码块，此时叶子数量为1
开始创建树木类的实例
这里是构造方法，此时叶子数量为2
结束创建树木类的实例

从日志结果可见，静态代码块的内部代码早早就得到执行了，而构造方法的内部代码要等到外部调用new的时候才会执行，这证明了静态代码块的执行时机确实先于该类的构造方法。

静态修饰符一边给开发者带来了便利，一边也带来了不大不小的困惑。为了说明问题的迷惑性，接下来照例做个代码实验。仍旧在树木类中先声明一个静态的整型变量annual_ring，再补充一个成员方法grow，该方法内部对annual_ring自增的同时也打印日志。依据上述步骤给树木类新增了如下代码：

	// 树木年轮，用来演示静态属性的持久性
	public static int annual_ring = 0;

	// 注意每次读取静态属性，得到的都是该属性最近一次的数值
	public void grow() {
		annual_ring++;
		System.out.println(tree_name+"的树龄为"+annual_ring);
	}

然后其它地方先后创建这个树木类的两个实例，就像下面代码示范的那样：

	// 演示静态属性的持久性
	private static void testStaticProperty() {
		TreeStatic bigTree = new TreeStatic("大树");
		bigTree.grow();
		TreeStatic littleTree = new TreeStatic("小树");
		littleTree.grow();
	}

继续运行上面的测试代码，发现打印的日志如下：

这里是构造方法，此时叶子数量为3
大树的树龄为1
这里是构造方法，此时叶子数量为4
小树的树龄为2

虽然bigTree和littleTree是新创建的实例，但是从日志结果看它们的annual_ring数值竟然是递增的，这可真是咄咄怪事，两个实例分明都是通过new出来的呀！产生怪异现象的罪魁祸首，原来就是static这个始作俑者，凡是被static修饰的静态变量，它在内存中占据了一块固定的区域，不管所在类被创建了多少个实例，每个实例引用的静态变量依然是最初分配的那个。于是后面创建的树木实例littleTree，其内部的annual_ring与之前实例bigTree的annual_ring保持一致，无怪乎前后两实例的annual_ring数值是依序递增的了。
由此可见，静态属性总是保存最后一次的数值，倘若它的取值每次都发生变化，即使创建新实例也得不到静态属性最初的数值。这种后果显而易见违背了静态变量的设计初衷，在多数时候，开发者定义一个静态属性，原本是想作为取值不变的常量使用，而不希望它变来变去。对于此类用于常量定义的静态属性，可以在static前头再添加修饰符final，表示该属性只允许赋值一次，从而避免了多次赋值导致取值更改的尴尬。下面是联合修饰final和static的属性定义代码例子：

	// 若想静态属性始终如一保持不变，就得给该属性添加final修饰符，表示终态属性只能被赋值一次
	public final static int FINAL_TYPE_ARBOR = 1;
	public final static int FINAL_TYPE_BUSH = 2;

　　

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