Static关键字和Final关键字

static

在Java世界里，经常被提到静态这个概念，static作为静态成员变量和成员函数的修饰符，意味着它为该类的所有实例所共享，也就是说当某个类的实例修改了该静态成员变量，其修改值为该类的其它所有实例所见。static关键字可以用来修饰类、方法和变量，甚至代码块。本文将会分别讨论static在这些使用场景时的作用。

1.静态类

如果一个类要被声明为static的，只有一种情况，就是静态内部类。如果在外部类声明为static，程序会编译都不会过。以下3点关于普通内部类和静态内部类（俗称：内嵌类）的区别

(1)静态内部类跟静态方法一样，只能访问静态的成员变量和方法，不能访问非静态的方法和属性，但是普通内部类可以访问任意外部类的成员变量和方法

(2)静态内部类可以声明普通成员变量和方法，而普通内部类不能声明static成员变量和方法。

(3)静态内部类可以单独初始化:
Inner i = new Outer.Inner();
普通内部类初始化：
Outer o = new Outer();
Inner i = o.new Inner();

静态内部类使用场景一般是当外部类需要使用内部类，而内部类无需外部类资源，并且内部类可以单独创建的时候会考虑采用静态内部类的设计，在知道如何初始化静态内部类，在《Effective Java》第二章所描述的静态内部类builder阐述了如何使用静态内部类：

public class Outer {
    private String name;
    private int age;

    public static class Builder {
        private String name;
        private int age;

        public Builder(int age) {
            this.age = age;
        }

        public Builder withName(String name) {
            this.name = name;
            return this;
        }

        public Builder withAge(int age) {
            this.age = age;
            return this;
        }

        public Outer build() {
            return new Outer(this);
        }
    }

    private Outer(Builder b) {
        this.age = b.age;
        this.name = b.name;
    }
}

静态内部类调用外部类的构造函数，来构造外部类，由于静态内部类可以被单独初始化说有在外部就有以下实现：

public Outer getOuter()
{
    Outer outer = new Outer.Builder(2).withName("Yang Liu").build();
    return outer;
}

对于静态类总结是：

如果类的构造器或静态工厂中有多个参数，设计这样类时，最好使用Builder模式，特别是当大多数参数都是可选的时候。
如果现在不能确定参数的个数，最好一开始就使用构建器即Builder模式。

2. static成员变量

为了了解静态成员变量的特点，先看一下不包含静态成员变量的类：

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；而方法，不论一个类创建了几个对象，他们的方法都是一样的:

image.png

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：

image.png

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。

3.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");
    }
}

4. 修饰代码块

先来看下对象初始化中static修饰的变量和方法：

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
     *///~
}

5.静态导包

相比于上面的四种用途，第五种用途可能了解的人就比较少了，但是实际上它很简单，而且在调用类方法时会更方便：

/* PrintHelper.java文件 */
package com.dotgua.study;

public class PrintHelper {

    public static void print(Object o){
        System.out.println(o);
    }
}

/* App.java文件 */

import static com.dotgua.study.PrintHelper.*;

public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {
        print("Hello World!");
    }
    /**Output
     * Hello World!
     *///~
}

上面的代码来自于两个java文件，其中的PrintHelper很简单，包含了一个用于打印的static方法。而在App.java文件中，我们首先将PrintHelper类导入，这里在导入时，我们使用了static关键字，而且在引入类的最后还加上了“.*”，它的作用就是将PrintHelper类中的所有类方法直接导入。不同于非static导入，采用static导入包后，在不与当前类的方法名冲突的情况下，无需使用“类名.方法名”的方法去调用类方法了，直接可以采用"方法名"去调用类方法，就好像是该类自己的方法一样使用即可。

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，主要有五种用法：

用来修饰内部类，用于builder模式
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；
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；
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；
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。

final

在Java中，final关键字可以用来修饰类、方法和变量（包括成员变量和局部变量）。下面就从这三个方面来了解一下final关键字的基本用法。

1. 修饰类

当用final修饰一个类时，表明这个类不能被继承。也就是说，如果一个类你永远不会让他被继承，就可以用final进行修饰。final类中的成员变量可以根据需要设为final，但是要注意final类中的所有成员方法都会被隐式地指定为final方法。

在使用final修饰类的时候，要注意谨慎选择，除非这个类真的在以后不会用来继承或者出于安全的考虑，尽量不要将类设计为final类。

2. 修饰方法

下面这段话摘自《Java编程思想》第四版第143页：

“使用final方法的原因有两个。第一个原因是把方法锁定，以防任何继承类修改它的含义；第二个原因是效率。在早期的Java实现版本中，会将final方法转为内嵌调用。但是如果方法过于庞大，可能看不到内嵌调用带来的任何性能提升。在最近的Java版本中，不需要使用final方法进行这些优化了。“

因此，如果只有在想明确禁止该方法在子类中被覆盖的情况下才将方法设置为final的。

注：类的private方法会隐式地被指定为final方法。

3.修饰变量

对于一个final变量，如果是基本数据类型的变量，则其数值一旦在初始化之后便不能更改；如果是引用类型的变量，则在对其初始化之后便不能再让其指向另一个对象。

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