static关键字的用法

在java的关键字中，static和final是两个我们必须掌握的关键字。不同于其他关键字，他们都有多种用法，而且在一定环境下使用，可以提高程序的运行性能，优化程序的结构。下面我们先来了解一下static关键字及其用法。

static关键字

开始啰嗦一些，
平时的使用当中，static最常用的功能就是修饰类的属性和方法，让他们成为类的成员属性和方法，我们通常将用static修饰的成员称为类成员、静态成员或者静态变量。

静态变量属于类，在内存中只有一个复制，只要静态变量所在的类被加载，这个静态变量就会被分配空间，因此就可以被使用了。

要理解上面这句话，首先要明白Java语言中内存管理的机制。Java把内存分成两种，一种叫做栈内存，一种叫做堆内存。具体区别如下：

在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。当在一段代码块中定义一个变量时，java就在栈中为这个变量分配内存空间，当超过变量的作用域后，java会自动释放掉为该变量分配的内存空间，该内存空间可以立刻被另作他用。
堆内存用于存放由new创建的对象和数组。在堆中分配的内存，由java虚拟机自动垃圾回收器来管理。在堆中产生了一个数组或者对象后，还可以在栈中定义一个特殊的变量，这个变量的取值等于数组或者对象在堆内存中的首地址，在栈中的这个特殊的变量就变成了数组或者对象的引用变量，以后就可以在程序中使用栈内存中的引用变量来访问堆中的数组或者对象，引用变量相当于为数组或者对象起的一个别名，或者代号。
JVM是基于堆栈的虚拟机.JVM为每个新创建的线程都分配一个堆栈.也就是说,对于一个Java程序来说，它的运行就是通过对堆栈的操作来完成的。堆栈以帧为单位保存线程的状态。JVM对堆栈只进行两种操作:以帧为单位的压栈和出栈操作。

每一个Java应用都唯一对应一个JVM实例，每一个实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都放在这个堆中,并由应用所有的线程共享.跟C/C++不同，Java中分配堆内存是自动初始化的。Java中所有对象的存储空间都是在堆中分配的，但是这个对象的引用却是在堆栈中分配,也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际建立这个对象，而在堆栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的指针(引用)而已。

堆中有一个特殊的区域，静态储存区。由于每一个对象都是通过new操作符，在堆中划出一块内存储存对象的。而不管由一个类实例化了多少对象，这些对象都由同一个类实例化来的，那么静态储存区就储存了类的定义，当我们通过new来生成对象时，会根据这里定义的类的定义去创建对象。

明白了这一点之后，通过staic关键字修饰的成员变量也是存放在静态储存区中的。所以，如果类的静态成员变量发生了改变，那么由该类实例化的所有对象的该静态成员变量也会发生相同的改变。

对静态变量的引用有两种方式：

类.静态变量
对象.静态变量
所以，可以发现，静态变量无需实例化对象，直接通过类名即可访问。而没有static修饰的成员变量，则需要首先由类实例化对象，再通过对象访问该成员变量才可以。

此外，当成员变量使用了static修饰，该变量不再被对象所管理，而统一交由类管理，如果某一个对象对静态成员变量产生修改，那么其他所有对象的静态成员变量也会发生相应修改。这样会让该属性变得难以控制。这时可以用private修饰。
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1.修饰成员变量

在我们平时的使用当中，static最常用的功能就是修饰类的属性和方法，让他们成为类的成员属性和方法，我们通常将用static修饰的成员称为类成员或者静态成员，这句话挺起来都点奇怪，其实这是相对于对象的属性和方法来说的。请看下面的例子：（未避免程序太过臃肿，暂时不管访问控制）

public class Person {
    String name;
    int age;
    
    public String toString() {
        return "Name:" + name + ", Age:" + age;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age = 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:10
     * Name:lisi, Age:12
     *///~
}

上面的代码我们很熟悉，根据Person构造出的每一个对象都是独立存在的，保存有自己独立的成员变量，相互不会影响，他们在内存中的示意如下:

从上图中可以看出，p1和p2两个变量引用的对象分别存储在内存中堆区域的不同地址中，所以他们之间相互不会干扰。但其实，在这当中，我们省略了一些重要信息，相信大家也都会想到，对象的成员属性都在这了，由每个对象自己保存，那么他们的方法呢？实际上，不论一个类创建了几个对象，他们的方法都是一样的：

从上面的图中我们可以看到，两个Person对象的方法实际上只是指向了同一个方法定义。这个方法定义是位于内存中的一块不变区域（由jvm划分），我们暂称它为静态存储区。这一块存储区不仅存放了方法的定义，实际上从更大的角度而言，它存放的是各种类的定义，当我们通过new来生成对象时，会根据这里定义的类的定义去创建对象。多个对象仅会对应同一个方法，这里有一个让我们充分信服的理由，那就是不管多少的对象，他们的方法总是相同的，尽管最后的输出会有所不同，但是方法总是会按照我们预想的结果去操作，即不同的对象去调用同一个方法，结果会不尽相同。

我们知道，static关键字可以修饰成员变量和方法，来让它们变成类的所属，而不是对象的所属，比如我们将Person的age属性用static进行修饰，结果会是什么样呢？请看下面的例子：

public class Person {
    String name;
    static int age;
    
    /* 其余代码不变... */

    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:12
     * Name:lisi, Age:12
     *///~
}

我们发现，结果发生了一点变化，在给p2的age属性赋值时，干扰了p1的age属性，这是为什么呢？我们还是来看他们在内存中的示意：

我们发现，给age属性加了static关键字之后，Person对象就不再拥有age属性了，age属性会统一交给Person类去管理，即多个Person对象只会对应一个age属性，一个对象如果对age属性做了改变，其他的对象都会受到影响。我们看到此时的age和toString()方法一样，都是交由类去管理。

虽然我们看到static可以让对象共享属性，但是实际中我们很少这么用，也不推荐这么使用。因为这样会让该属性变得难以控制，因为它在任何地方都有可能被改变。如果我们想共享属性，一般我们会采用其他的办法：

public class Person {
    private static int count = 0;
    int id;
    String name;
    int age;
    
    public Person() {
        id = ++count;
    }
    
    public String toString() {
        return "Id:" + id + ", Name:" + name + ", Age:" + age;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age = 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Id:1, Name:zhangsan, Age:10
     * Id:2, Name:lisi, Age:12
     *///~
}

上面的代码起到了给Person的对象创建一个唯一id以及记录总数的作用，其中count由static修饰，是Person类的成员属性，每次创建一个Person对象，就会使该属性自加1然后赋给对象的id属性，这样，count属性记录了创建Person对象的总数，由于count使用了private修饰，所以从类外面无法随意改变。

2.修饰成员方法

static的另一个作用，就是修饰成员方法。相比于修饰成员属性，修饰成员方法对于数据的存储上面并没有多大的变化，因为我们从上面可以看出，方法本来就是存放在类的定义当中的。static修饰成员方法最大的作用，就是可以使用"类名.方法名"的方式操作方法，避免了先要new出对象的繁琐和资源消耗，我们可能会经常在帮助类中看到它的使用：

public class PrintHelper {

    public static void print(Object o){
        System.out.println(o);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        PrintHelper.print("Hello world");
    }
}

上面便是一个例子（现在还不太实用），但是我们可以看到它的作用，使得static修饰的方法成为类的方法，使用时通过“类名.方法名”的方式就可以方便的使用了，相当于定义了一个全局的函数（只要导入该类所在的包即可）。不过它也有使用的局限，一个static修饰的类中，不能使用非static修饰的成员变量和方法，这很好理解，因为static修饰的方法是属于类的，如果去直接使用对象的成员变量，它会不知所措（不知该使用哪一个对象的属性）。

2.1静态变量和静态方法

static关键字最基本的用法是：

1、被static修饰的变量属于类变量，可以通过类名.变量名直接引用，而不需要new出一个类来

2、被static修饰的方法属于类方法，可以通过类名.方法名直接引用，而不需要new出一个类来

被static修饰的变量、被static修饰的方法统一属于类的静态资源，是类实例之间共享的，换言之，一处变、处处变。JDK把不同的静态资源放在了不同的类中而不把所有静态资源放在一个类里面，很多人可能想当然认为当然要这么做，但是是否想过为什么要这么做呢？个人认为主要有三个好处：

1、不同的类有自己的静态资源，这可以实现静态资源分类。比如和数学相关的静态资源放在java.lang.Math中，和日历相关的静态资源放在java.util.Calendar中，这样就很清晰了

2、避免重名。不同的类之间有重名的静态变量名、静态方法名也是很正常的，如果所有的都放在一起不可避免的一个问题就是名字重复，这时候怎么办？分类放置就好了。

3、避免静态资源类无限膨胀，这很好理解。

OK，再微微深入一下，也是有些人容易混淆的一个问题：静态方法能不能引用非静态资源？静态方法里面能不能引用静态资源？非静态方法里面能不能引用静态资源？比如就以这段代码为例，是否有错？

public class A
{
    private int i = 1;
    
    public static void main(String[] args)
    {
        i = 1;
    }
}

当然有错，在第7行的地方。不妨这么思考这个问题：

静态资源属于类，但是是独立于类存在的。从JVM的类加载机制的角度讲，静态资源是类初始化的时候加载的，而非静态资源是类new的时候加载的。类的初始化早于类的new，比如Class.forName(“xxx”)方法，就是初始化了一个类，但是并没有new它，只是加载这个类的静态资源罢了。所以对于静态资源来说，它是不可能知道一个类中有哪些非静态资源的；但是对于非静态资源来说就不一样了，由于它是new出来之后产生的，因此属于类的这些东西它都能认识。所以上面的几个问题答案就很明确了：

1、静态方法能不能引用非静态资源？不能，new的时候才会产生的东西，对于初始化后就存在的静态资源来说，根本不认识它。

2、静态方法里面能不能引用静态资源？可以，因为都是类初始化的时候加载的，大家相互都认识。

3、非静态方法里面能不能引用静态资源？可以，非静态方法就是实例方法，那是new之后才产生的，那么属于类的内容它都认识。

3.静态块

在说明static关键字的第三个用法时，我们有必要重新梳理一下一个对象的初始化过程。以下面的代码为例：

package com.dotgua.study;

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成员变量初始化");
    static Book book2 = new Book("static成员book2成员变量初始化");
    
    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
    
    Book book3 = new Book("book3成员变量初始化");
    static Book book4 = new Book("static成员book4成员变量初始化");
    
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }





    /**Output
     * static成员book2成员变量初始化
     * static成员book4成员变量初始化
     * book1成员变量初始化
     * book3成员变量初始化
     * p1初始化
     *///~
}

上面的例子中，Person类中组合了四个Book成员变量，两个是普通成员，两个是static修饰的类成员。我们可以看到，当我们new一个Person对象时，static修饰的成员变量首先被初始化，随后是普通成员，最后调用Person类的构造方法完成初始化。也就是说，在创建对象时，static修饰的成员会首先被初始化，而且我们还可以看到，如果有多个static修饰的成员，那么会按照他们的先后位置进行初始化。

实际上，static修饰的成员的初始化可以更早的进行，请看下面的例子：

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成员变量初始化");
    static Book book2 = new Book("static成员book2成员变量初始化");
    
    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
    
    Book book3 = new Book("book3成员变量初始化");
    static Book book4 = new Book("static成员book4成员变量初始化");
    
    public static void funStatic() {
        System.out.println("static修饰的funStatic方法");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person.funStatic();
        System.out.println("****************");
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成员book2成员变量初始化
     * static成员book4成员变量初始化
     * static修饰的funStatic方法
     * ***************
     * book1成员变量初始化
     * book3成员变量初始化
     * p1初始化
     *///~
}

在上面的例子中我们可以发现两个有意思的地方，第一个是当我们没有创建对象，而是通过类去调用类方法时，尽管该方法没有使用到任何的类成员，类成员还是在方法调用之前就初始化了，这说明，当我们第一次去使用一个类时，就会触发该类的成员初始化。第二个是当我们使用了类方法，完成类的成员的初始化后，再new该类的对象时，static修饰的类成员没有再次初始化，这说明，static修饰的类成员，在程序运行过程中，只需要初始化一次即可，不会进行多次的初始化。

回顾了对象的初始化以后，我们再来看static的第三个作用就非常简单了，那就是当我们初始化static修饰的成员时，可以将他们统一放在一个以static开始，用花括号包裹起来的块状语句中：

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成员变量初始化");
    static Book book2;
    
    static {
        book2 = new Book("static成员book2成员变量初始化");
        book4 = new Book("static成员book4成员变量初始化");
    }
    
    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
    
    Book book3 = new Book("book3成员变量初始化");
    static Book book4;
    
    public static void funStatic() {
        System.out.println("static修饰的funStatic方法");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Person.funStatic();
        System.out.println("****************");
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成员book2成员变量初始化
     * static成员book4成员变量初始化
     * static修饰的funStatic方法
     * ***************
     * book1成员变量初始化
     * book3成员变量初始化
     * p1初始化
     *///~
}

我们将上一个例子稍微做了一下修改，可以看到，结果没有二致。

3.1换一种方式 解释一下

静态块也是static的重要应用之一。也是用于初始化一个类的时候做操作用的，和静态变量、静态方法一样，静态块里面的代码只执行一次，且只在初始化类的时候执行。静态块很简单，不过提三个小细节：

public class A
{
    private static int a = B();
    
    static
    {
        System.out.println("Enter A.static block");
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        new A();
    }
    
    public static int B()
    {
        System.out.println("Enter A.B()");
        return 1;
    }
}

打印结果是：

Enter A.B()
Enter A.static block

得出第一个结论：静态资源的加载顺序是严格按照静态资源的定义顺序来加载的。这和周志明老师《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》中类初始化中的说法“()方法是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的”是一致的。

再看一个例子：

public class A
{
    static
    {
        c = 3;
        System.out.println(c);
    }
    
    private static int c;
}

这段代码的第6行是有错误的“Cannot reference a field before it is defined”。从这个例子得出第二个结论：静态代码块对于定义在它之后的静态变量，可以赋值，但是不能访问。

最后一个小例子：

public class A
{
    static
    {
        System.out.println("A.static block");
    }
    
    public A()
    {
        System.out.println("A.constructor()");
    }
}

public class B extends A
{
    static 
    {
        System.out.println("B.static block");
    }
    
    public B()
    {
        System.out.println("B.constructor()");
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        new B();
        new B();
    }
}

结果是

A.static block
B.static block
A.constructor()
B.constructor()
A.constructor()
B.constructor()

这个例子得出第三个结论：静态代码块是严格按照父类静态代码块->子类静态代码块的顺序加载的，且只加载一次。

4.静态导包

这个比较冷门，基本很少看见有地方用，使用JUnit可能会用到，写assert的时候会方便些。import static是JDK1.5之后的新特性，这两个关键字连用可以指定导入某个类中的指定静态资源，并且不需要使用类名.资源名，可以直接使用资源名。注意一下，import static必须这么写，而不能写成static import。举个例子来看一下：

import static java.lang.Math.*;

public class A
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(sin(2.2));
    }
}

这么写意味着我导入了Math下的所有静态资源，main函数里面我就可以直接用sin(2.2)而不需要使用Math.sin(2.2)了。注意一下，要写import static java.lang.Math.，最后的“.”不可少，有了这两个字符才意味着导入的是Math下的所有静态资源，写成import static java.lang.Math是有问题的。当然，我们也可以指定只导入某个静态资源，比如只导入Math下sin这个方法而不导入Math下的所有静态资源：

import static java.lang.Math.sin;

public class A
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(sin(2.2));
    }
}

总结

static是java中非常重要的一个关键字，而且它的用法也很丰富，主要有四种用法：

1、用来修饰成员变量，将其变为类的成员，从而实现所有对象对于该成员的共享；
2、用来修饰成员方法，将其变为类方法，可以直接使用“类名.方法名”的方式调用，常用于工具类；
3、静态块用法，将多个类成员放在一起初始化，使得程序更加规整，其中理解对象的初始化过程非常关键；
4、静态导包用法，将类的方法直接导入到当前类中，从而直接使用“方法名”即可调用类方法，更加方便。