static关键字浅析

2021-02-21  本文已影响0人  Levi_moon

在介绍static关键字之前，我们先考虑两个问题：
1. 如果只为特定域分配存储空间，而不创建对象，应该怎么解决。
2. 如果不创建对象，也能调用对象内的方法，应该怎么解决。

我们在使用Java进行编码时，如果要获得一个对象，那么就要通过new关键字来创建对象，这时数据存储空间才被分配，对象内的方法才可以被外界调用。

如果希望解决文章开头提出的两个问题，应该怎么办呢？
答：通过static关键字就可以解决以上两个问题。

那么为什么通过static关键字就可以解决以上两个问题呢，我们慢慢来分析。

一、static初体验

在解释static为什么会解决以上两个问题之前，我们先来体验下static。

  1. 假如有一个类TestStatic，其中有个用static关键字修饰的字段numStatic，给其赋一个初始值为520，还有一个没有用static关键字修饰的字段numNoStatic，给它赋一个初始值为1024。
public class TestStatic {
    static int numStatic = 520;
    int numNoStatic = 1024;
}
  1. 现在我们实例化两个TestStatic对象，分别为testStatic1和testStatic1。
    如果对testStatic2.numStatic执行++操作，即testStatic2.numStatic++;，众所周知，testStatic2.numStatic的值会变成521，那么问题来了，testStatic1.numStatic的值是多少，保持520不变，还是变成521？
    废话少说，上代码：
TestStatic testStatic1=new TestStatic();
TestStatic testStatic2=new TestStatic();

System.out.println(testStatic1.numStatic);
System.out.println(testStatic2.numStatic);
testStatic2.numStatic++;
System.out.println(testStatic1.numStatic);
System.out.println(testStatic2.numStatic);

结果为：

520
520
521
521

从打印的结果来看，被static修饰的变量和对象无关。

  1. 如果对没有被static修饰的变量进行操作，会对其值产生什么影响呢？
    我们对testStatic2.numNoStatic执行++操作，即testStatic2.numNoStatic++;，然后打印testStatic1.numNoStatic和testStatic2.numNoStatic的值。
System.out.println(testStatic1.numNoStatic);
System.out.println(testStatic2.numNoStatic);
testStatic2.numNoStatic++;
System.out.println(testStatic1.numNoStatic);
System.out.println(testStatic2.numNoStatic);

结果为：

1024
1024
1024
1025

可以看到，对testStatic2对象中numNoStatic的值进行修改，不会影响到testStatic1对象中numNoStatic的值。
那么也就是说：未被static修饰的变量和对象有关。

二、static再体验

  1. 在类TestStatic中，添加两个方法，一个是用static关键字修饰的静态方法add()，另一个是没有用static关键字修饰的非静态方法sub()。
public static void add(){
        System.out.println(numStatic++);
        System.out.println(numNoStatic++);//会报错，提示“非静态字段不能被静态上下文引用”
}

public void sub(){
        System.out.println(numStatic--);
        System.out.println(numNoStatic--);
}

可以看到：静态方法中可以使用静态字段，但是不可以使用非静态字段；非静态方法中可以使用静态字段，也可以使用非静态字段。

  1. 那么静态方法可以调用静态方法或非静态方法吗，还有，非静态方法可以调用静态方法或非静态方法吗？继续上代码。其中useAddOrSubByStatic()方法是静态方法，useAddOrSub()方法是非静态方法。
public static void useAddOrSubByStatic(){
        add();
        sub();//会报错，提示“非静态方法不能被静态方法引用”
}

public void useAddOrSub(){
        add();
        sub();
}

可以看到：静态方法可以调用静态方法，但是不可以调用非静态方法；非静态方法可以调用静态方法和非静态方法。

三、为什么会这样

通过static初体验和static再体验后，我们发现了一些奇怪的现象：

  1. 被static关键字修饰过的字段（静态字段），不管所在类被实例成几个对象，该字段的值只有一个，或者说这些对象的静态字段都指向了同一个存储空间；而那些未被static关键字修饰过的字段（非静态字段），每个实例化的对象都有唯一的字段，或者说每个对象的非静态字段都有自己的存储空间。
  2. 被static关键字修饰过的方法（静态方法），只可以使用被static关键字修饰过的字段（静态字段），而不能使用未被static关键字修饰过的字段（非静态字段），只可以调用被static关键字修饰过的方法（静态方法），而不能使用未被static关键字修饰过的方法（非静态方法）；普通的方法则没有这些问题。

为什么加了static关键字后，不管是字段还是方法都变得“另类”了呢？

在解释staitc为什么会有这种功效之前，我们需要先明确一个概念，那就是：static对每个类来说只有一份存储空间，而非static对每个对象都有一个存储空间。这句话听起来挺拗口的，不过不要紧，让我们来解释下。

Java虚拟机在执行Java程序时，会把它管理的内存划分为若干不同的数据区，包括：方法区、栈、堆、程序计数器等数据区，其中我们只要关注方法区、栈、堆这三个主要的数据区即可。

tips：栈（存放方法执行的参数，如局部变量、方法出口等），堆（存放创建好的对象和数组），方法区（存放被加载的类信息、常量、静态变量、编译后的代码等）

  1. 当虚拟机编译代码完成后，会将编译后的代码、静态变量、静态方法、常量等加载到方法区中；


    加载到方法区

  2. 当通过new创建一个对象时，会在栈中创建一个当前对象的栈帧，并且在堆中会开辟一块内存，加载当前对象的信息；

    创建对象

  3. 当调用静态方法add()时，方法内会用到静态变量numStatic和非静态变量numNoStatic，找静态变量numStatic非常容易，因为add()方法和numStatic变量都在方法区中，但是找numNoStatic变量却找不到了，因为numNoStatic变量在堆的一个对象块中；

    静态方法使用静态及非静态变量

  4. 当调用非静态方法sub()时，方法同样会用到静态变量numStatic和非静态变量numNoStatic，sub()方法可以找到非静态变量numNoStatic非常容易，因为它们都在堆的同一个对象块中，sub()方法去找方法区中的静态变量numStatic也同样可以找到（因为方法区存储的就是类的信息）；

    非静态方法使用静态及非静态变量

  5. 静态方法调用非静态方法时和步骤3类似，也是因为在方法区中的静态方法useAddOrSubByStatic()找不到在堆中对象块中的非静态方法sub()；
    非静态方法useAddOrsub()则可以调用同属于堆中对象块中的非静态方法sub()，也可以调用方法区中的静态方法add()。

    静态方法及非静态方法的互调

四、结尾

通过以上的分析，我们可以总结出以下内容：
当声明一个变量、方法、代码块等事物为static时，就意味着这个事物不会与所在类的实例对象有关联。也就是说，即使从未创建某个类的对象，也可以调用其中的static关键字修饰的事物。同样的，不管对同一个类创建了多少个不同的实例对象，其中用static关键字修饰的事物也只有一个（一个存储空间）。

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