Разное

Java статические классы – 10 заметок о модификаторе Static в Java

10 заметок о модификаторе Static в Java

Модификатор static в Java напрямую связан с классом, если поле статично, значит оно принадлежит классу, если метод статичный, аналогично — он принадлежит классу. Исходя из этого, можно обращаться к статическому методу или полю используя имя класса. Например, если поле count статично в классе Counter, значит, вы можете обратиться к переменной запросом вида: Counter.count. Конечно, следует учитывать модификаторы доступа. Например, поля private доступны только внутри класса, в котором они объявлены. Поля protected доступны всем классам внутри пакета (package), а также всем классам-наследникам вне пакета. Для более подробной информации ознакомьтесь со статьей “private vs protected vs public”. Предположим, существует статический метод increment() в классе Counter, задачей которого является инкрементирование счётчика count. Для вызова данного метода можно использовать обращение вида Counter.increment(). Нет необходимости создавать экземпляр класса
Counter
для доступа к статическому полю или методу. Это фундаментальное отличие между статическими и НЕ статическими объектами (членами класса). Важное замечание. Не забывайте, что статические члены класса напрямую принадлежат классу, а не его экземпляру. То есть, значение статической переменной count будет одинаковое для всех объектов типа Counter. В этой статье мы рассмотрим основополагающие аспекты применения модификатора static в Java, а также некоторые особенности, которые помогут понять ключевые концепции программирования.

Что должен знать каждый программист о модификаторе Static в Java.

В этом разделе мы рассмотрим основные моменты использования статических методов, полей и классов. Начнём с переменных.
  1. Вы НЕ можете получить доступ к НЕ статическим членам класса, внутри статического контекста, как вариант, метода или блока. Результатом компиляции приведенного ниже кода будет ошибка:

    public class Counter{
    private int count;
    public static void main(String args[]){
       System.out.println(count); 
    }}

    Это одна из наиболее распространённых ошибок допускаемых программистами Java, особенно новичками. Так как метод

    main статичный, а переменная count нет, в этом случае метод println, внутри метода main выбросит “Compile time error”.

  2. В отличие от локальных переменных, статические поля и методы НЕ потокобезопасны (Thread-safe) в Java. На практике это одна из наиболее частых причин возникновения проблем связанных с безопасностью мультипоточного программирования. Учитывая что каждый экземпляр класса имеет одну и ту же копию статической переменной, то такая переменная нуждается в защите — «залочивании» классом. Поэтому при использовании статических переменных, убедитесь, что они должным образом синхронизированы (synchronized), во избежание проблем, например таких как «состояние гонки» (race condition).

  3. Статические методы имеют преимущество в применении, т.к. отсутствует необходимость каждый раз создавать новый объект для доступа к таким методам. Статический метод можно вызвать, используя тип класса, в котором эти методы описаны. Именно поэтому, подобные методы как нельзя лучше подходят в качестве методов-фабрик (factory), и методов-утилит (utility

    ). Класс java.lang.Math — замечательный пример, в котором почти все методы статичны, по этой же причине классы-утилиты в Java финализированы (final).

  4. Другим важным моментом является то, что вы НЕ можете переопределять (Override) статические методы. Если вы объявите такой же метод в классе-наследнике (subclass), т.е. метод с таким же именем и сигнатурой, вы лишь «спрячете» метод суперкласса (superclass) вместо переопределения. Это явление известно как сокрытие методов (hiding methods). Это означает, что при обращении к статическому методу, который объявлен как в родительском, так и в дочернем классе, во время компиляции всегда будет вызван метод исходя из типа переменной. В отличие от переопределения, такие методы не будут выполнены во время работы программы. Рассмотрим пример:

    class Vehicle{
         public static void  kmToMiles(int km){
              System.out.println("Внутри родительского класса/статического метода");
         } }
    
    class Car extends Vehicle{
         public static void  kmToMiles(int km){
              System.out.println("Внутри дочернего класса/статического метода ");
         } }
    
    public class Demo{
       public static void main(String args[]){
          Vehicle v = new Car();
           v.kmToMiles(10);
      }}

    Вывод в консоль:

    Внутри родительского класса/статического метода

    Код наглядно демонстрирует: несмотря на то, что объект имеет тип Car, вызван статический метод из класса Vehicle, т.к. произошло обращение к методу во время компиляции. И заметьте, ошибки во время компиляции не возникло!

  5. Объявить статическим также можно и класс, за исключением классов верхнего уровня. Такие классы известны как «вложенные статические классы» (nested static class). Они бывают полезными для представления улучшенных связей. Яркий пример вложенного статического класса — HashMap.Entry, который предоставляет структуру данных внутри HashMap. Стоит заметить, также как и любой другой внутренний класс, вложенные классы находятся в отдельном файле .class. Таким образом, если вы объявили пять вложенных классов в вашем главном классе, у вас будет 6 файлов с расширением .class. Ещё одним примером использования является объявление собственного компаратора (

    Comparator), например компаратор по возрасту (AgeComparator) в классе сотрудники (Employee).

  6. Модификатор static также может быть объявлен в статичном блоке, более известным как «Статический блок инициализации» (Static initializer block), который будет выполнен во время загрузки класса. Если вы не объявите такой блок, то Java соберёт все статические поля в один список и выполнит его во время загрузки класса. Однако, статичный блок НЕ может пробросить перехваченные исключения, но может выбросить не перехваченные. В таком случае возникнет «Exception Initializer Error». На практике, любое исключение возникшее во время выполнения и инициализации статических полей, будет завёрнуто Java в эту ошибку. Это также самая частая причина ошибки «No Class Def Found Error», т.к. класс не находился в памяти во время обращения к нему.

  7. Полезно знать, что статические методы связываются во время компиляции, в отличие от связывания виртуальных или не статических методов, которые связываются во время исполнения на реальном объекте. Следовательно, статические методы не могут быть переопределены в Java, т.к. полиморфизм во время выполнения не распространяется на них. Это важное ограничение, которое необходимо учитывать, объявляя метод статическим. В этом есть смысл, только тогда, когда нет возможности или необходимости переопределения такого метода классами-наследниками. Методы-фабрики и методы-утилиты хорошие образцы применения модификатора

    static. Джошуа Блох выделил несколько преимуществ использования статичного метода-фабрики перед конструктором, в книге «Effective Java», которая является обязательной для прочтения каждым программистом данного языка.

  8. Важным свойством статического блока является инициализация. Статические поля или переменные инициализируются после загрузки класса в память. Порядок инициализации сверху вниз, в том же порядке, в каком они описаны в исходном файле Java класса. Поскольку статические поля инициализируются на потокобезопасный манер, это свойство также используется для реализации паттерна Singleton. Если вы не используется список Enum как Singleton, по тем или иным причинам, то для вас есть хорошая альтернатива. Но в таком случае необходимо учесть, что это не «ленивая» инициализация. Это означает, что статическое поле будет проинициализировано ещё ДО того как кто-нибудь об этом «попросит». Если объект ресурсоёмкий или редко используется, то инициализация его в статическом блоке сыграет не в вашу пользу.

  9. Во время сериализации, также как и transient переменные, статические поля не сериализуются. Действительно, если сохранить любые данные в статическом поле, то после десериализации новый объект будет содержать его первичное (по-умолчанию) значение, например, если статическим полем была переменная типа int, то её значение после десериализации будет равно нулю, если типа float – 0.0, если типа Objectnull. Честно говоря, это один из наиболее часто задаваемых вопросов касательно сериализации на собеседованиях по Java. Не храните наиболее важные данные об объекте в статическом поле!

  10. И напоследок, поговорим о static import. Данный модификатор имеет много общего со стандартным оператором import, но в отличие от него позволяет импортировать один или все статические члены класса. При импортировании статических методов, к ним можно обращаться как будто они определены в этом же классе, аналогично при импортировании полей, мы можем получить доступ без указания имени класса. Данная возможность появилась в Java версии 1.5, и при должном использовании улучшает читабельность кода. Наиболее часто данная конструкция встречается в тестах

    JUnit, т.к. почти все разработчики тестов используют static import для assert методов, например assertEquals() и для их перегруженных дубликатов. Если ничего не понятно – добро пожаловать за дополнительной информацией.

    На этом всё. Все вышеперечисленные пункты о модификаторе static в Java обязан знать каждый программист. В данной статье была рассмотрена базовая информация о статических переменных, полях, методах, блоках инициализации и импорте. В том числе некоторые важные свойства, знание которых является критичным при написании и понимании программ на Java. Я надеюсь, что каждый разработчик доведёт свои навыки использования статических концептов до совершенства, т.к. это очень важно для серьёзного программирования."

javarush.ru

Статические вложенные классы в Java

Привет! Мы продолжаем изучать тему вложенных классов (nested classes) в Java. На прошлом занятии мы поговорили о нестатических внутренних классах (non-static nested classes) или, как их еще называют, внутренних классах. Сегодня перейдем к другой группе и рассмотрим подробнее статические вложенные классы (static nested classes). Чем они отличаются от остальных групп? При объявлении такого класса мы используем уже знакомое тебе ключевое слово static:
public class Boeing737 {

   private int manufactureYear;
   private static int maxPassengersCount = 300;

   public Boeing737(int manufactureYear) {
       this.manufactureYear = manufactureYear;
   }

   public int getManufactureYear() {
       return manufactureYear;
   }

   public static class Drawing {

       public static int getMaxPassengersCount() {

           return maxPassengersCount;
       }
   }
}
В этом примере у нас есть внешний класс Boeing737, который создает самолет этой модели. А у него — конструктор с одним параметром: годом выпуска (int manufactureYear). Также есть одна статическая переменная int maxPassengersCount — максимальное число пассажиров. Оно будет одинаковым у всех самолетов одной модели, так что нам достаточно одного экземпляра. Кроме того, у него есть статический внутренний класс Drawing — чертеж самолета. В этом классе мы можем инкапсулировать всю служебную информацию о самолете. В нашем примере для простоты мы ограничили ее годом выпуска, но она может содержать много другой информации. Как мы и говорили в прошлой лекции, создание такого вложенного класса повышает инкапсуляцию и способствует более реалистичной абстракции. В чем же отличие между статическим и нестатическим вложенными классами? 1. Объект статического класса Drawing не хранит ссылку на конкретный экземпляр внешнего класса. Вспомни пример из прошлой лекции с велосипедом:
public class Bicycle {

   private String model;
   private int mawWeight;

   public Bicycle(String model, int mawWeight) {
       this.model = model;
       this.mawWeight = mawWeight;
   }

   public void start() {
       System.out.println("Поехали!");
   }

   public class SteeringWheel {

       public void right() {
           System.out.println("Руль вправо!");
       }

       public void left() {

           System.out.println("Руль влево!");
       }
   }

}
Там мы говорили о том, что в каждый экземпляр внутреннего класса SteeringWheel (руль) незаметно для нас передается ссылка на объект внешнего класса Bicycle (велосипед). Без объекта внешнего класса объект внутреннего просто не мог существовать. Для статических вложенных классов это не так. Объект статического вложенного класса вполне может существовать сам по себе. В этом плане статические классы более «независимы», чем нестатические. Единственный момент — при создании такого объекта нужно указывать название внешнего класса:
public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       Boeing737.Drawing drawing1 = new Boeing737.Drawing();
       Boeing737.Drawing drawing2 = new Boeing737.Drawing();
   }
}
Почему мы сделали класс Drawing статическим, а в прошлой лекции класс Seat (сиденье велосипеда) был нестатическим? Как и в прошлый раз, давай добавим немного «философии» для понимания примера 🙂 В отличие от сиденья велосипеда, сущность чертежа не привязана так жестко к сущности самолета. Отдельный объект сиденья, без велосипеда, чаще всего будет бессмысленным (хотя и не всегда — мы говорили об этом на прошлом занятии). Сущность чертежа имеет смысл сама по себе. Например, он может пригодиться инженерам, планирующим ремонт самолета. Сам самолет для планирования им не нужен, и может находиться где угодно — достаточно просто чертежа. Кроме того, для всех самолетов одной модели чертеж все равно будет одинаковым, так что такой жесткой связи, как у сиденья с велосипедом, нет. Поэтому и ссылка на конкретный объект самолета объекту Drawing не нужна. 2. Разный доступ к переменным и методам внешнего класса. Статический вложенный класс может обращаться только к статическим полям внешнего класса. В нашем примере в классе Drawing есть метод getMaxPassengersCount(), который возвращает значение статической переменной maxPassengersCount из внешнего класса. Однако мы не можем создать метод getManufactureYear() в Drawing для возврата значения manufactureYear. Ведь переменная manufactureYear — нестатическая, а значит, должна принадлежать конкретному экземпляру Boeing737. А как мы уже выяснили, в случае со статическими вложенными классами объект внешнего класса запросто может отсутствовать. Отсюда и ограничение 🙂 При этом неважно, какой модификатор доступа имеет статическая переменная во внешнем классе. Даже если это private, доступ из статического вложенного класса все равно будет. Все вышесказанное касается не только доступа к статическим переменным, но и к статическим методам. ВАЖНО! Слово static в объявлении внутреннего класса не означает, что можно создать всего один объект. Не путай объекты с переменными. Если мы говорим о статических переменных — да, статическая переменная класса, например, maxPassangersCount, существует в единственном экземпляре. Но применительно к вложенному классу static означает лишь то, что его объекты не содержат ссылок на объекты внешнего класса. А самих объектов мы можем создать сколько угодно:
public class Boeing737 {

   private int manufactureYear;
   private static int maxPassengersCount = 300;

   public Boeing737(int manufactureYear) {
       this.manufactureYear = manufactureYear;
   }

   public int getManufactureYear() {
       return manufactureYear;
   }

   public static class Drawing {

       private int id;

       public Drawing(int id) {
           this.id = id;
       }

       public static int getPassengersCount() {

           return maxPassengersCount;
       }

       @Override
       public String toString() {
           return "Drawing{" +
                   "id=" + id +
                   '}';
       }

       public static void main(String[] args) {

           for (int i = 1; i < 6; i++) {

               Boeing737.Drawing drawing = new Boeing737.Drawing(i);
               System.out.println(drawing);
           }
       }
   }
}
Мы объявили метод main() прямо во вложенном классе (особой причины для этого нет — просто чтобы ты знал, что так можно), и создали 5 объектов Drawing. При том, что ни одного объекта внешнего класса у нас нет. Как видишь, никаких проблем не возникло 🙂 Вывод в консоль: Drawing{id=1} Drawing{id=2} Drawing{id=3} Drawing{id=4} Drawing{id=5} На этом наше занятие подошло к концу! На всякий случай оставлю тебе ссылку на на раздел про них в документации Oracle. Почитай, если вдруг остались неясные моменты. А теперь самое время решить пару задач! 🙂

javarush.ru

Курс Java Multithreading - Лекция: Внутренние статические классы

— Итак, тема номер два – вложенные классы.

Перед объявлением внутреннего класса мы можем поставить ключевое слово – static и тогда внутренний класс станет вложенным.

Давай разберемся, что же значит слово static рядом с объявлением вложенного класса. Как ты думаешь?

— Если переменная объявлена статической, то она существует в единственном экземпляре, а если вложенный класс – статический, то можно создать всего один объект такого класса?

— Пусть слово static тут не вводит тебя в заблуждение. Если переменная объявлена статической – то она существуют в единственно экземпляре – это верно. Но статический вложенный класс больше похож на статический метод в этом плане. Слово static перед объявлением класса указывает, что этот класс не хранит в себе ссылок на объекты внешнего класса, внутри которого объявлен.

— Ага. Обычные методы втихаря хранят ссылку на объект, а статические – нет. То же и со статическими классами, я прав, Элли?

— Абсолютно. Твоя догадливость очень похвальна. Вложенные статические классы не имеют скрытых ссылок на объекты внешнего класса, в котором они объявлены.

class Zoo
{
 private static int count = 7;
 private int mouseCount = 1;

 public static int getAnimalCount()
 {
  return count;
 }

 public int getMouseCount()
 {
  return mouseCount;
 }

 public static class Mouse
 {
  public Mouse()
  {
  }
   public int getTotalCount()
  {
   return count + mouseCount; 
  }
 }
}

Давай посмотрим внимательно на этот пример.

К каким переменным может обращаться статический метод getAnimalCount?

— Только к статическим. Это же статический метод.

К каким переменным может обращаться метод getMouseCount?

— И к статическим, и к нестатическим. Он скрытно хранит ссылку(this) на объект типа Zoo.

— Верно. Так вот, статический вложенный класс Mouse, как и статический метод, может обращаться к статическим переменным класса Zoo, но не может обращаться к нестатическим.

Мы можем спокойно создавать объекты класса Mouse, даже когда нет ни одного созданного объекта класса Zoo. Вот как можно это сделать:

class Home
{
 public static void main(String[] args)
 {
  Zoo.Mouse mouse = new Zoo.Mouse();
 }
}

Фактически класс Mouse – это самый обычный класс. Из-за того, что он объявлен внутри класса Zoo, у него есть две особенности.

1) При создании объектов вложенного класса (как класс Mouse) вне внешнего класса-родителя, надо еще указывать через точку и имя внешнего класса.

Например так: Zoo.Mouse.

2) Класс Zoo.Mouse и его объекты имеют доступ к private static переменным и методам класса Zoo ( класс Mouse ведь тоже объявлен внутри класса Zoo).

На этом на сегодня все.

— Т.е. просто дополнительное имя и все?

Да.

— Это еще проще, чем казалось на первый взгляд.

javarush.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *