Java開發筆記（五十五）關鍵字static的用法

前面介紹嵌套類的時候講到了關鍵字static，用static修飾類，該類就變成了嵌套類。從嵌套類的用法可知，其它地方訪問嵌套類之時，無需動態建立外層類的實例，直接建立嵌套類的實例就行。
其實static不光修飾類，還能用來修飾方法、修飾屬性等等，例如你們學習Java一開始就遇到的main方法，便爲static所修飾。當一個成員方法被static修飾以後，該方法就成爲靜態方法；當一個成員屬性被static修飾以後，該屬性就成爲靜態屬性。靜態方法和靜態屬性，它倆同嵌套類同樣不依賴於所在類的實例。外部若要訪問某個類的靜態方法，只需經過「類名.靜態方法名」便可；同理，經過「類名.靜態屬性名」就能訪問該類的靜態屬性。因爲靜態方法和靜態屬性擁有獨立調用的特性，所以它們經常出如今一些通用的工具場景，例如系統的數學函數庫Math，便提供了大量的靜態方法和靜態屬性。其中常見的靜態方法包括四捨五入函數Math.round、取絕對值函數math.abs、求平方根函數Math.sqrt等，常見的靜態屬性則有圓周率近似值Math.PI等。
那麼開發者本身定義一個新類，如何得知哪些屬性須要聲明爲靜態屬性，哪些方法須要聲明爲靜態方法呢？在多數狀況下，靜態屬性的取值通常要求是固定不變的，而靜態方法只容許對輸入參數進行加工，不容許操做其它的成員變量（靜態屬性除外）。以樹木類爲例，凡是會動態變化着的性狀與事情，顯然不適合聲明爲靜態成員；只有與生長過程無關的概念，才適合聲明爲靜態成員。譬如樹木可分爲喬木與灌木兩大類，可想而知喬木與灌木的類型取值，與每棵樹木的生長狀況沒有關聯，這兩種樹木類型就適合做爲靜態屬性。根據樹木的類型，推斷該樹木的類型名稱是「喬木」仍是「灌木」，這個類型名稱的判斷方法就適合做爲靜態方法。如此一來，Tree類即可添加下面的靜態成員聲明代碼：

	// static的字面意思是「靜態的」，意味着無需動態建立便可直接使用。
	// 利用static修飾成員屬性，外部便可經過「類名.屬性名」直接訪問靜態屬性。
	public static int TYPE_ARBOR = 1;
	public static int TYPE_BUSH = 2;

	// 利用static修飾成員方法，外部便可經過「類名.方法名」直接訪問靜態方法。
	public static String getTypeName(int type) {
		String type_name = "";
		if (type == TYPE_ARBOR) {
			type_name = "喬木";
		} else if (type == TYPE_BUSH) {
			type_name = "灌木";
		}
		return type_name;
	}

外部訪問樹木類的靜態成員，只要按照「類名.靜態成員名」的格式就好，具體的調用代碼以下所示：

	// 演示靜態成員的調用方式
	private static void testStaticMember() {
		// 使用靜態屬性無需建立該類的實例，只要經過「類名.靜態屬性名」便可訪問靜態屬性
		System.out.println("類型TYPE_ARBOR的取值爲"+TreeStatic.TYPE_ARBOR);
		System.out.println("類型TYPE_BUSH的取值爲"+TreeStatic.TYPE_BUSH);
		// 使用靜態方法無需建立該類的實例，只要經過「類名.靜態方法名」便可訪問靜態方法
		String arbor_name = TreeStatic.getTypeName(TreeStatic.TYPE_ARBOR);
		System.out.println("類型TYPE_ARBOR對應的名稱是"+arbor_name);
		String bush_name = TreeStatic.getTypeName(TreeStatic.TYPE_BUSH);
		System.out.println("類型TYPE_BUSH對應的名稱是"+bush_name);
	}

神通廣大的static不只能夠修飾類、屬性、方法，它竟然還能修飾一段代碼塊！被static修飾的代碼段樣例以下：

	static {
		// 這裏是被static修飾的代碼段內容
	}

 

以上爲static所包裹的代碼段，又被稱做「靜態代碼塊」，其做用是在系統加載該類之時當即執行這部分代碼。由於此處的代碼被static包括，因此靜態代碼塊內部只能操做同類的靜態屬性和靜態方法，而不能操做普通的成員屬性和成員方法。但是這裏有個問題，早先提到構造方法纔是建立實例之時的初始操做，那麼靜態代碼塊與構造方法比起來，它們的執行順序孰先孰後？假若從Java的運行機制來解答該問題，不但費口舌並且傷腦筋，都說實踐出真知，接下來不如作個實驗，看看它們到底是怎樣的先來後到。
首先在樹木類中聲明一個靜態的整型變量leaf_count，之因此添加static修飾符，是由於要給靜態代碼塊使用；接着在靜態代碼塊內部對該變量作自增操做，並將變量值打印到日誌；同時在樹木類的構造方法裏面也進行leaf_count的自增運算，以及往控制檯輸出它的變量值。修改後的相關代碼片斷示例以下：

	// 葉子數量，用來演示構造方法與初始靜態代碼塊的執行順序
	public static int leaf_count = 0;
	
	// static還能用來包裹某個代碼塊，一旦當前類加載進內存，靜態代碼塊就當即執行
	static {
		leaf_count++;
		System.out.println("這裏是初始的靜態代碼塊，此時葉子數量爲"+leaf_count);
	}

	public TreeStatic(String tree_name) {
		this.tree_name = tree_name;
		leaf_count++;
		System.out.println("這裏是構造方法，此時葉子數量爲"+leaf_count);
	}

最後回到外部建立該樹木類的新實例，對應代碼以下所示：

	// 演示靜態代碼塊與構造方法的執行順序
	private static void testStaticBlock() {
		System.out.println("開始建立樹木類的實例");
		TreeStatic tree = new TreeStatic("月桂");
		System.out.println("結束建立樹木類的實例");
	}

 

運行以上的演示代碼，觀察到下列的日誌信息：

這裏是初始的靜態代碼塊，此時葉子數量爲1
開始建立樹木類的實例
這裏是構造方法，此時葉子數量爲2
結束建立樹木類的實例

 

從日誌結果可見，靜態代碼塊的內部代碼早早就獲得執行了，而構造方法的內部代碼要等到外部調用new的時候纔會執行，這證實了靜態代碼塊的執行時機確實先於該類的構造方法。

靜態修飾符一邊給開發者帶來了便利，一邊也帶來了不大不小的困惑。爲了說明問題的迷惑性，接下來照例作個代碼實驗。仍舊在樹木類中先聲明一個靜態的整型變量annual_ring，再補充一個成員方法grow，該方法內部對annual_ring自增的同時也打印日誌。依據上述步驟給樹木類新增了以下代碼：

	// 樹木年輪，用來演示靜態屬性的持久性
	public static int annual_ring = 0;
	
	// 注意每次讀取靜態屬性，獲得的都是該屬性最近一次的數值
	public void grow() {
		annual_ring++;
		System.out.println(tree_name+"的樹齡爲"+annual_ring);
	}

 

而後其它地方前後建立這個樹木類的兩個實例，就像下面代碼示範的那樣：

	// 演示靜態屬性的持久性
	private static void testStaticProperty() {
		TreeStatic bigTree = new TreeStatic("大樹");
		bigTree.grow();
		TreeStatic littleTree = new TreeStatic("小樹");
		littleTree.grow();
	}

 

繼續運行上面的測試代碼，發現打印的日誌以下：

這裏是構造方法，此時葉子數量爲3
大樹的樹齡爲1
這裏是構造方法，此時葉子數量爲4
小樹的樹齡爲2

 

雖然bigTree和littleTree是新建立的實例，可是從日誌結果看它們的annual_ring數值居然是遞增的，這可真是咄咄怪事，兩個實例分明都是經過new出來的呀！產生怪異現象的罪魁禍首，原來就是static這個始做俑者，凡是被static修飾的靜態變量，它在內存中佔據了一塊固定的區域，無論所在類被建立了多少個實例，每一個實例引用的靜態變量依然是最初分配的那個。因而後面建立的樹木實例littleTree，其內部的annual_ring與以前實例bigTree的annual_ring保持一致，無怪乎先後兩實例的annual_ring數值是依序遞增的了。
因而可知，靜態屬性老是保存最後一次的數值，假若它的取值每次都發生變化，即便建立新實例也得不到靜態屬性最初的數值。這種後果顯而易見違背了靜態變量的設計初衷，在多數時候，開發者定義一個靜態屬性，本來是想做爲取值不變的常量使用，而不但願它變來變去。對於此類用於常量定義的靜態屬性，能夠在static前頭再添加修飾符final，表示該屬性只容許賦值一次，從而避免了屢次賦值致使取值更改的尷尬。下面是聯合修飾final和static的屬性定義代碼例子：

	// 若想靜態屬性始終如一保持不變，就得給該屬性添加final修飾符，表示終態屬性只能被賦值一次
	public final static int FINAL_TYPE_ARBOR = 1;
	public final static int FINAL_TYPE_BUSH = 2;

　　

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