Java基础知识详解：static修饰符

@author：Tobin
水平有限，如有错误，望请斧正。
参考《Java核心技术卷-基础知识第10版》
对https://www.baeldung.com/java-static的部分解答进行了翻译。

目录

• 前言：static关键字解析
• Q1:static修饰基本类型域
• Q2:static修饰方法
• Q3:static修饰代码块
• Q4:static类

本节讨论static修饰符的使用。
static顾名思义有静态的含义，通过几个问答解释static的奥义。
static在java中主要修饰variables， methods， blocks，和nested classes。

前言：static关键字解析

在java语言中，关键字static表明，特定的成员属于类型本身，而不是那个类型的实例。换句话说，不管我们产生多少对象，它们只共享一个静态成员。而且在没有对象创建时，这个静态成员就存在了，所以说静态成员属于类型本身。比如我们熟悉的Math.PI，Math.pow()方法。下图展现了static Variables的存储形式。静态变量是存储在metaspace中的，而创建的对象是放在堆空间中的（具体的内存管理机制，等到后续的文章再研究）。

Q1:static修饰基本类型域

这个在之前的关键字解析中提到了，如果一个域被声明为static，这个域会被所有属于这个类的实例所共享，当然这个域是可以修改值的。除非是被声明为static final，此时静态变量变为静态常量。依然为所有对象共享，但是在第一次初始化后，不再允许修改，比如Math.PI。
从存储角度来讲，静态变量是存放在JVM memory一个特定的pool中，JVM称之为Metaspace。（在Java8之前，这个pool被称为 Permanent Generation ，翻译为永生代，现在被移除，用Metaspace代替）。
举个例子。
我们现在建立一个car类，我们需要每次新建一个car对象时，总的车数辆就增加1。

public class Car {
    private String name;
    private String engine;
     
    public static int numberOfCars;
     
    public Car(String name, String engine) {
        this.name = name;
        this.engine = engine;
        numberOfCars++;
    }
}

现在每当初始化一个car对象，numberOfCars就会加1，所以下面的assertions结果为true。

@Test
public void whenNumberOfCarObjectsInitialized_thenStaticCounterIncreases() {
    new Car("Jaguar", "V8");
    new Car("Bugatti", "W16");
  
    assertEquals(2, Car.numberOfCars);
}

使用static field的场景：

• 当变量独立于对象的时候
• 当变量被所有对象所共享时
  牢记关键点：
• 因为static变量属于类，因此我们可以直接使用类名访问static变量，不需要对象引用。
• static变量只能在类级别（class level）使用，在方法内声明static变量和在主函数中都是不被允许的。
• 尽管我们可以用对象实例去访问static域，但是我们不应该这样做，因为会使得我们无法分辨这个域是属于实例的还是类的。

Q2:static修饰方法

静态方法独立于对象实例，被所有实例所共享。
举个例子。
比如Math类的方法，Collections方法，StringUtils from Apache或者CollectionUtils from Spring framework都是静态的。
使用static 方法的场景：

• 在独立于对象的条件下，使用static变量或者其它static method。
• static在工具类和助手类中广泛应用。
  牢记关键点：
• static方法在编译时解析，因为无法被重写。（重写的底层实现不了解，理解不够）。
• abstract methods 不能是静态的。
• 静态方法不能使用this或者super关键字，静态方法是没有this隐式参数的方法，使用对象去调用方法，其实处理显式参数以外还包括this参数，this参数指向的是该对象本身。
• 注意4点
  • 实例方法可以直接访问实例变量和实例方法
  • 实例方法可以直接访问静态变量和静态方法
  • 静态方法可以直接方法静态变量和静态方法
  • 静态方法不可以直接访问实例变量和实例方法，必须使用对象引用

Q3:static修饰代码块

如果想要初始化一个list对象，想要在没有任何对象实例的情况下完成，必须对代码块声明static。如果不声明，则是在对象实例化的时候执行代码块。

public class StaticBlockDemo {
    public static List<String> ranks = new LinkedList<>();
 
    static {
        ranks.add("Lieutenant");
        ranks.add("Captain");
        ranks.add("Major");
    }
     
    static {
        ranks.add("Colonel");
        ranks.add("General");
    }
}

使用static block的场景：

• 如果实例化static变量不仅是简单的赋值，还有其它额外的逻辑操作时。
• 如果初始化实例变量是容易出错的，且需要异常处理机制的时候。
  牢记关键点：
• 一个类可以有多个static blocks。
• 静态域和静态类解析和执行的顺序，就是和它们在类中书写的顺序一样。

Q4:static类

主要应用于实现静态内部类-单例模式（设计模式的一种，待研究，推荐博文https://blog.csdn.net/mnb65482/article/details/80458571），代码如下。这里还可以看到静态方法的使用，利用静态方法来构造对象，在工厂方法中也有运用。

public class Singleton  {   
    private Singleton() {}
     
    private static class SingletonHolder {   
        public static final Singleton instance = new Singleton();
    }   
 
    public static Singleton getInstance() {   
        return SingletonHolder.instance;   
    }   
}

使用static class的场景：

• 静态内部类可以保证封装性。
• 代码放在只有会使用它的类里，增加了可读性和可维护性。
• 如果嵌套类不需要访问任何它封闭类的实例成员，最好声明它为static，称为静态嵌套类，这样它就和外部类没有耦合，不需要任何堆和栈的存储资源。这里可以把内部类和内部方法联合起来理解（我现在对它们的存储方法还不了解，即静态内部类是如何展现它的优势的）。不过内部类如果是静态的，是无法访问外部类的实例变量的，外部的静态变量可以访问。

public class Car {
    private int temp;
     public static class f1
    {
        temp = 2;//出错，temp非静态，修改为private static int temp可访问;
    }
}

牢记关键点：

• 静态嵌套类无法访问外部类的任何非静态成员，除非是有外部类的对象引用。
• 静态嵌套类可以访问外部（封闭）类的static成员，即使成员是private。
• Java编程规范不允许最顶层的类是static的，只有嵌套类才可以声明为static。
  注意几个说法，内部类是非static的嵌套类，静态嵌套类就等于静态内部类，封闭类等于外部类。

后续研究：
静态内部类；
单例模式。