Java 中的 static 关键字详解

一、聊一聊static与JVM

Java 把内存分为栈内存和堆内存，其中栈内存用来存放一些基本类型的变量、数组和对象的引用，堆内存主要存放一些对象。在 JVM 加载一个类的时候，若该类存在 static 修饰的成员变量和成员方法，则会为这些成员变量和成员方法在固定的位置开辟一个固定大小的内存区域，有了这些“固定”的特性，那么 JVM 就可以非常方便地访问他们。同时如果静态的成员变量和成员方法不出作用域的话，它们的句柄都会保持不变。

同时被 static 修饰的成员变量和成员方法是独立于该类的，它不依赖于某个特定的实例变量，也就是说它被该类的所有实例共享。所有实例的引用都指向同一个地方，任何一个实例对其的修改都会导致其他实例的变化。

二、static的优点

1. 属于类级别，不需要创建对象就可以直接使用；
2. 全局唯一，内存中唯一，静态变量可以唯一标识某些状态；
3. 在类加载的时候初始化，常驻在内存中，调用快捷方便；

三、应用场景

1. 使用频繁的方法可以定义为静态方法，提升系统性能，比如工具类（文件操作、日期操作、ftp工具类、加密解密工具类等）
2. 静态方法适合入口方法的定义，如单例模式；
3. 静态方法适合全局变量的定义；
4. 如果一个方法所有状态都可以封闭在栈内，变量不会逃逸到方法外（也就是说是无状态的），这样保证了方法的线程安全，所以可以使用static；
5. 在多个类中需要调用并且是与对象无关的方法可设为静态方法。

四、为什么被频繁调用的方法建议定义为静态方法？

因为如果不是static方法，每次创建对象都会在内存中为类中的每一个部分分配空间，很浪费内存空间，在当下的计算机时代，内存还是很宝贵的，程序员很大的困扰就是内存不足，因此，引入static就巧妙的解决了内存的问题，但是，刚才不是说了，static修饰的方法会一直存在在内存中，直到程序的结束。哈哈，你赢了，因为 static方法所占用的内存 要远小于 频繁非静态方法所消耗的内存。这里有点绕，好好捋一捋。

五、静态方法与非静态方法

静态方法：与静态成员变量一样，属于类的本身，在类装载的时候被装载到内存，不自动进行摧毁，会一直存在内存中，直到JVM关闭，因此，在通常情况下，为了节约内存，降低GC压力，Java应用程序中不应该存在太多的static的属性。静态方法不能以任何方式引用this和super关键字，因为静态方法在使用前不用创建任何实例对象，当静态方法调用时，this所引用的对象根本没有产生。

非静态方法：又叫实例化方法，属于实例对象，实例化后才会分配内存，必须通过类的实例来引用。不会常驻内存，当实例对象被JVM回收之后，也跟着消失。

静态代码块：Static 修饰的代码块表示静态代码块，当 JVM 装载类的时候，就会执行这块代码，其用处非常大。

如果有些代码必须在项目启动的时候就执行，就需要使用静态代码块，这种代码是主动执行的。
需要在项目启动的时候就初始化但是不执行，在不创建对象的情况下可以供其他程序调用，而在调用的时候才执行，这需要使用静态方法，这种代码是被动执行的。

静态方法违反OOP思想，引入实例化方法的概念是在面向对象出现之后，为了让开发更加模块化、面向对象化。

六、并发问题

静态方法：是共享代码段，静态变量是共享数据段。既然是”共享”就有并发的问题，也就是说static会存在线程安全问题。
非静态方法：是针对确定的一个对象的，所以不会存在线程安全的问题。

七、static是反设计模式的

常见的面向对象的技巧（比如继承、多态）无法很好地应用到static的方法上，缺乏扩展性和可测试性，兼容性差，除了函数重载（overload）以外，static方法无法很好地享受面向对象带来的便利性。

八、总结一下static的缺点

1. 在类装载的时候被装载到内存，不自动进行摧毁，会一直存在内存中，直到JVM关闭。
2. 不能以任何方式引用this和super关键字。
3. static是反设计模式的，违反OOP思想，缺乏扩展性和可测试性，兼容性差
4. 静态虽好，但只能访问静态；
5. 存在并发问题
6. 与Spring框架兼容性问题，static 静态代码块的执行要先于Spring的@resources注入，static关键字与依赖注入是矛盾的。

下面延伸一下类加载的相关概念，便于更好的理解static关键字。

九、类的加载与ClassLoader的理解

1、加载

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.class对象。

2、链接

将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。

1. 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题；
2. 准备：正式为类变量分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区内进行分配；
3. 解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接引用（地址）的过程。

3、初始化

1. 执行类构造器()方法的过程。类构造器()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）。
2. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
3. 虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

十、什么时候会发生类初始化

1、类的主动引用（一定会发生类的初始化）

1. 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类；
2. new一个类的对象； 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法；
3. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用；
4. 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类；

2、类的被动调用（不会发生类的初始化）

1. 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。如：当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化；
2. 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化；
3. 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）；

十一、类加载器的作用

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口。

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