02-Java常用关键字理解（基础）

注：源码系列文章主要是对某付费专栏的总结记录。如有侵权，请联系删除。

1 static

1.1 静态变量

• 静态变量：又称为类变量，也就是说这个变量属于类，类所有的实例都共享静态变量，可以直接通过类名来访问它。静态变量在内存中只存在一份；
• 实例变量：每创建一个实例就会产生一个实例变量，它与该实例共生共死。

public class StaticExample {
    // 静态变量
    public static int ID = 1;
    // 实例变量
    private String name;

    public StaticExample() {
        this.name = "李雷";
    }

    // TEST
    public static void main(String[] args) {
        // 静态变量直接通过类名访问
        System.out.println(StaticExample.ID);

        // 实例变量
        StaticExample example = new StaticExample();
        System.out.println(example.name);
    }
}

1.2 静态方法

静态方法在类加载的时候就存在了，它不依赖于任何实例，所有静态方法必须有实现，也就是说它不能是抽象方法。

静态方法只能调用同样被 static 修饰的方法或属性，不能调用普通方法，我们常用的 util 类里面的各种方法，我们比较喜欢用 static 修饰方法，好处就是调用特别方便。

static 方法内部的变量在执行时是没有线程安全问题的。方法执行时，数据运行在栈里面，栈的数据每个线程都是隔离开的，所以不会有线程安全的问题，所以 util 类的各个 static 方法，我们是可以放心使用的。

public static void print(String... args) {
    for (String arg : args) {
        System.out.print(arg + " ");
    }
}

1.3 静态代码块

静态代码块在类初始化时只运行一次。

public class A {

    static {
        System.out.println("static code block");
    }

    public static void main(String[] args) {
        A a1 = new A();
        A a2 = new A();
    }
}

执行结果：

static code block

1.4 静态内部类

略。

1.5 静态导包

在使用静态变量和方法时，不用在指明 ClassName，从而简化代码，但可读性大大降低。

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.google.common.base.Splitter;

import java.util.List;

public class A {

    public static void main(String[] args) {
        // 不用指明 ClassName
        System.out.println(StaticExample.ID);

        // 非静态需要导包, 也就是指明 ClassName
        Splitter splitter = Splitter.on(",");
        List list = splitter.trimResults().omitEmptyStrings().splitToList("a,b,c,d");
        System.out.println(JSON.toJSONString(list));
    }
}

1.6 执行顺序

静态变量和静态代码块优先于实例变量和普通代码块执行，静态变量和静态代码块的初始化顺序取决于它们在代码中的顺序。如下：

静态变量/静态代码块 -> 实例变量/普通代码块 -> 构造函数

存在继承情况下，初始化顺序为：

1. 父类（静态变量、静态代码块）
2. 子类（静态变量、静态代码块）
3. 父类（实例变量、普通代码块）
4. 父类（构造函数）
5. 子类（实例变量、普通代码块）
6. 子类（构造函数）

被 static 修饰的方法，在类初始化的时候并不会初始化，只有当自己被调用时，才会被执行。

2 final

2.1 数据

声明数据为 final，可以是编译时常量，也可以是在运行时被初始化后不能被改变的常量。

• 对于基本类型，final 使数值不变；
• 对于引用类型，final 使引用不变，也就不能引用其它对象，但是被引用的对象本身是可以修改的。

public class FinalExample {

    int a;

    public static void main(String[] args) {
        // 基本类型
        final int b = 100;
        // 改变基本类型
        // b = 200; // Cannot assign a value to final variable 'b'

        // 引用类型
        final FinalExample example = new FinalExample();
        System.out.println(example.a);
        example.a = 1;
        System.out.println(example.a);
    }
}

一般用于以下三种场景：

1. 被 final 修饰的类，表明该类是无法继承的；
2. 被 final 修饰的方法，表明该方法是无法覆盖的；
3. 被 final 修饰的变量，说明该变量在声明的时候，就必须初始化完成，而且以后也不能修改其内存地址。

第 3 点需要注意，我们说的是无法修改其内存地址，并没有说无法修改其值。因为对于 List、Map、自定义Object 这些类来说，被 final 修饰后，是可以修改其内部值的，但却无法修改其初始化时的内存地址。如：String 被 final 修饰；String 存储数据的 char 数组被 final 修饰；上面的 FinalExample 等。

3 try、catch、finally

这三个关键字常用于捕获异常的一整套流程，try 用来确定代码范围，catch 捕获可能发生的异常，finally 用来执行一定要执行的代码块（如 IO流的关闭）。除了这些地方我们还需要清楚的知道，每个地方如果发生异常会怎么办。如：

public static void main(String[] args) {
    try {
        log.info("try run.");

        if(true) {
            throw new RuntimeException("try exception");
        }
    } catch (Exception e) {
        log.info("catch run: " + e.getMessage());

        if(true) {
            throw new RuntimeException("catch exception");
        }
    } finally {
        log.info("finally run.");
    }
}

总结：

1. finally 先执行后，再抛出 catch 的异常；
2. 最终捕获的异常是 catch 的异常，try 抛出来的异常已经被 catch 吃掉了，所以当我们遇见 catch 也有可能抛出异常时，可以先打印出 try 的异常信息，这样 try 的异常在日志中就会有所体现。

4 volatile

volatile 的意思是可见的，常用来修饰某个共享变量，意思是当共享变量的值被改变后，会及时通知到其它线程上，其它线程就能知道当前共享变量的值已经被修改了。

在多核 CPU 下，为了提高效率，线程在拿值时，是直接和 CPU 缓存交互的，而不是内存。主要是因为 CPU 缓存执行速度更快，比如线程要拿值 C，会直接从 CPU 缓存中拿，CPU 缓存中没有，才会从内存中拿，所以线程读的操作永远都是拿 CPU 缓存的值。

这个时候会产生一个问题，CPU 缓存中的值和内存中的值可能并不是时刻都同步，导致线程计算的值可能不是最新的，共享变量的值有可能已经被其它线程所修改了，但此时修改的是机器内存的值，CPU 缓存的值还是老的，导致计算会出现问题。

这时候有个机制，就是内存会主动通知 CPU 缓存。当前共享变量的值已经失效了，你需要重新来拉取一份，CPU 缓存就会重新从内存中拿取一份最新的值。

volatile 关键字就会触发这种机制，加了 volatile 关键字的变量，就会被识别成共享变量，内存中的值一旦被修改后，就会通知各个 CPU 缓存，使 CPU 缓存中的值也对应被修改，从而保证线程从 CPU 缓存中拿去出来的值是最新的。

-

从图中看到，线程 1 和线程 2 一开始都读取了 C 值，CPU 1 和 CPU 2 缓存中也都有了 C 值，然后线程 1 把 C 值修改了，这时候内存中 C 值和 CPU 2 缓存中的 C 值就不等了，内存这是发现 C 值被 volatile 关键字修饰，发现其实共享变量，就会使 CPU 2 缓存中的 C 值状态置为无效，CPU 2 会从内存中重新拉取一份最新的 C 值到缓存，。这时候线程 2 再来读取缓存中的 C 值，读取的已经是内存中最新的值了。

5 transient

transient 关键字用来修饰类变量，意思是当前变量是无需进行序列化的。在序列化时，会忽略该变量。如：ArrayList 对内部存储数据 elementData 使用 transient 修饰 transient Object[] elementData，因为 elementData 数组并不会存储满，所以无需全部序列化，这里重写了 writeObject 和 readObject。

6 default

default 关键字一般会用在接口的方法上，意思是对于该方法，子类是无需强制实现的，但自己必须有默认的实现，如：

public interface DefaultExample {

    default void print() {
        System.out.println("default method");
    }
}

7 面试题

7.1 如何证明 static 静态变量和类实例无关？

答：从三个方面就可以看出静态变量和类无关。

1. 我们不需要初始化类就可以直接使用静态变量；
2. 我们在类中执行 main 方法，即使不写初始化类的代码，静态变量也会自动初始化；
3. 静态变量只会初始化一次，初始化完成之后，不管我们再 new 多少个类出来，静态变量都不会再初始化了。

不仅仅是静态变量，静态方法块也和类无关。

7.2 常常看见变量和方法被 static 和 final 两个关键字同时修饰，为什么这么做？

答：这么做有两个目的：

1. 变量和方法于类无关，可以直接使用，使用比较方便；
2. 强调变量内存地址不可变，方法不可以被继承覆写，强调了方法内部的稳定性。

7.3 catch 中发生了未知异常，finally 还会执行么？

答：会的。catch 发生了异常，finally 还会执行的，并且 finally 执行完之后，才会抛出 catch 中的异常。

捕获 catch 会吃掉 try 中抛出的异常，为了避免这种情况，在一些可以预见的 catch 中会发生异常的地方，先把 try 抛出的异常打印出来，这样从日志中就可以看到完成的异常信息了。

7.4 vilatile 关键字的作用和原理

答：参考上文。

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