【Java篇】静动交融，内外有别：从静态方法到内部类的深度解析

八、static 关键字

static（静态）是 Java 中的一个关键字，主要用于修饰类中的变量或方法。被 static 修饰的成员属于 类本身 而非某个实例对象。它在编译阶段就会被加载到方法区中（Java 8 之后元空间/Metaspace），无需通过创建对象就能访问。其生命周期伴随类的一生(即：随类的加载而创建，随类的卸载而销毁)

8.1 静态变量

8.1.1 概念

• 非静态变量：也称为实例变量，每创建一个对象就会产生一份新的变量副本。
• 静态变量：也称为类变量，只有一份共享的副本，所有该类对象都可以访问和修改。

public class Counter {
    public static int count = 0; // 静态变量
    public int id;              // 实例变量

    public Counter() {
        count++;
        this.id = count;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Counter c1 = new Counter();
        Counter c2 = new Counter();
        System.out.println(Counter.count); // 2
        System.out.println(c1.id);         // 1
        System.out.println(c2.id);         // 2
    }
}

• count 为静态变量，全类共享；
• id 为实例变量，每个对象拥有自己的 id 值。

8.1.2 访问方式

• 类名.静态变量（推荐）
• 对象名.静态变量（不推荐，容易引起误解）

System.out.println(Counter.count); // 推荐
System.out.println(c1.count);      // 不推荐

8.2 静态方法

8.2.1 概念

• 被 static 修饰的方法属于类本身。
• 无需创建对象，就可以通过 类名.方法名() 的方式直接调用。
• 在静态方法中，不能 直接访问非静态成员（因为实例成员依赖于对象的存在，而静态方法执行时可能尚未创建任何对象）。

public class MathUtil {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        int sum = MathUtil.add(3, 5);
        System.out.println(sum); // 8
    }
}

8.2.2 访问限制

• 静态方法中只能访问 静态成员；
• 非静态方法中则可以同时访问静态成员和非静态成员。

8.3 static成员变量初始化

注意：静态成员变量一般不会在构造方法中进行初始化，因为构造方法与对象实例关联，而静态成员变量则属于类本身。

静态成员变量的初始化有两种方式：

1. 就地初始化：在定义时直接给出初值
2. 静态代码块初始化：在 static { ... } 代码块中完成赋值（下文再讲）

就地初始化示例代码：

public class Student {
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    
    // 静态成员变量就地初始化
    private static String classRoom = "Bit36";

    // 构造方法、普通方法、get/set方法等
    // ...
}

8.4 静态成员的使用场景

1. 工具类/工具方法：如 Math 类的 sqrt()、abs() 等，方便直接通过类名调用。
2. 单例模式：通过静态字段持有唯一实例。
3. 计数器：统计对象数量或方法调用次数。
4. 常量池：public static final 定义常量，方便全局使用且避免重复创建。

九、代码块

8.1 代码块概念以及分类

• 定义：在 Java 中使用 {} 包裹的一段或多段代码，即可称为“代码块”。
• 常见分类：
  1. 普通（局部）代码块：最常见，出现在方法体内部、流程控制语句中等，用来限制局部变量作用域或组织逻辑。
  2. 构造代码块（实例代码块）：定义在类中、方法外，不带 static，在构造方法执行之前运行，每次创建对象都会执行。
  3. 静态代码块（静态初始化块）：使用 static {} 修饰，类加载时（只一次）执行，用来初始化静态成员或做只需执行一次的操作。
  4. 同步代码块：用 synchronized(锁对象) { ... } 来实现多线程同步，控制临界区内的线程安全，（入门只需了解）。

8.2 普通代码块（局部代码块）

普通代码块通常指在方法或语句块内部，用花括号 {} 包裹的那部分代码。它的主要功能是局部作用域的划分。

示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 普通（局部）代码块
        {
            int x = 10;
            System.out.println("x = " + x);
        }

        // x 的作用域仅限于上面的 {} 之内
        // System.out.println(x); // 编译报错

        // 再次声明一个同名变量 x，不会冲突
        int x = 100;
        System.out.println("x2 = " + x);
    }
}

输出：

x = 10
x2 = 100

要点：

1. 普通代码块会限制局部变量的作用范围。
2. 常用于封装临时逻辑或缩短变量生命周期，防止与其他同名变量冲突或占用资源太久。

8.3 构造代码块（实例代码块）

构造代码块（又称“实例初始化块”）是指在类中、方法外，但没有 static 修饰的一段 {} 代码。它在创建对象时会先于构造方法执行，用来对实例成员进行初始化或执行公共逻辑。从先于构造函数体执行的思想上看和C++的初始化列表有相似之处。

8.3.1 执行时机

• 每次调用 new 构造对象时，都会先执行构造代码块，然后再执行构造方法。
• 如果有多个构造方法，则不管调用哪一个，都会先执行这段构造代码块。

示例：

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

    // 构造代码块（实例代码块）
    {
        this.name = "bit";
        this.age = 12;
        System.out.println("I am instance init()!");
    }

    public Student() {
        System.out.println("I am Student init()!");
    }

    public void show() {
        System.out.println("name: " + name + "  age: " + age);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();
        stu.show();
    }
}

输出：

I am instance init()!
I am Student init()!
name: bit  age: 12

可以看到，构造代码块先于构造方法执行。

8.3.2 作用和特点

1. 作用：可在对象创建前做一些实例变量的初始化或公共操作。
2. 执行次数：与 new 对象的次数相同，每次创建对象都会执行一次。
3. 与构造方法的关系：
   • 若有多个构造方法，可将公共初始化操作放到构造代码块，避免重复代码。
   • 执行顺序：构造代码块 → 构造方法。

8.4 静态代码块（静态初始化块）

静态代码块使用 static {} 修饰，是属于类级别的初始化逻辑。它会在类加载的时候执行一次，不随着对象创建反复执行。

8.4.1 执行时机

• 类第一次加载时，JVM 执行所有静态代码块。
• 只执行一次，与后续创建多少对象无关。

8.4.2 使用场景

• 初始化静态成员变量。
• 进行一次性的操作（如注册驱动、加载配置等）。

8.4.3 示例

public class Student {
    private String name;
    private int age;
    private static String classRoom;

    // 静态代码块
    static {
        classRoom = "bit306";
        System.out.println("I am static init()!");
    }

    // 构造代码块
    {
        this.name = "bit";
        this.age = 12;
        System.out.println("I am instance init()!");
    }

    public Student() {
        System.out.println("I am Student init()!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("----开始 main 方法----");
        Student s1 = new Student();
        Student s2 = new Student();
    }
}

输出顺序示例：

I am static init()!
----开始 main 方法----
I am instance init()!
I am Student init()!
I am instance init()!
I am Student init()!

8.4.4 注意事项

1. 静态代码块只执行一次，无论创建多少对象都不会重复执行。
2. 如果在同一个类里定义多个 static {}，会按照代码顺序依次执行。（即合并）
3. 静态环境下无法访问实例成员；要访问实例变量或实例方法，需要先创建对象。

8.5 同步代码块（了解）

“同步代码块”并不是为了初始化而存在，而是为了解决多线程并发访问同一资源时的线程安全问题。写法一般是：

synchronized(锁对象) {
    // 需要线程同步的代码
}

• 当一个线程进入该代码块并持有“锁对象”时，其他线程只能等待，直到该线程执行完毕并释放锁。
• 通常“锁对象”可用 this（当前实例）、某个类对象、或专门的锁实例等。

十、内部类

内部类（Inner Class）是将一个类的定义放在另一个类的内部，从而形成逻辑上的隶属关系。Java 提供了多种内部类形式，包括成员内部类、静态内部类、局部内部类以及匿名内部类。通过内部类，我们可以更好地封装和管理代码结构，也能直接访问外部类的私有成员，增强代码的灵活性和可读性。

10.1 内部类概述

1. 定义：在一个类的内部再定义一个类（或接口），该类称之为“内部类”或“嵌套类”。
2. 分类：
   • 成员内部类（非静态内部类）
   • 静态内部类
   • 局部内部类（定义在方法或代码块内）
   • 匿名内部类（没有类名，直接定义并实例化）
3. 好处：
   • 内部类可以直接访问外部类的成员（包括私有成员），从而简化了访问操作。
   • 逻辑上隶属关系更清晰，起到封装与隐藏的作用。
   • 通过匿名内部类等方式，可以使代码更简洁，尤其在回调或事件监听等场景中。

10.2 成员内部类

成员内部类又叫非静态内部类，它是定义在外部类的成员位置（与外部类的成员变量、方法同级）但不带 static 关键字的内部类。

10.2.1 基本语法

public class Outer {
    private String name = "OuterName";

    // 成员内部类
    public class Inner {
        public void show() {
            // 直接访问外部类的私有成员
            System.out.println("Outer name: " + name);
        }
    }

    public void test() {
        Inner inner = new Inner();
        inner.show();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer();
        outer.test();
    }
}

执行流程：

1. 创建 Outer 对象：Outer outer = new Outer();
2. 在 outer.test() 方法中，实例化 Inner：Inner inner = new Inner();
3. 调用 inner.show()，可以直接访问 Outer 类中的 name。

10.2.2 访问规则

• 内部类可以直接访问外部类的所有成员（包括 private）。
• 若内部类成员与外部类成员同名，可用 外部类名.this.成员 的方式区分，例如 Outer.this.name。
• 在外部类的非静态方法中，可以直接创建内部类实例；在外部类的静态方法或其他类中，则需通过 外部类对象.new 内部类构造() 来创建。

10.3 静态内部类

静态内部类，也称静态嵌套类，使用 static 修饰。它与成员内部类的主要区别在于：

1. 静态内部类只能访问外部类的静态成员，无法直接访问外部类的非静态成员。
2. 创建静态内部类的对象时，不需要外部类对象的实例。

10.3.1 基本语法

public class Outer {
    private String name = "OuterName";
    private static String staticName = "StaticOuterName";

    // 静态内部类
    public static class Inner {
        public void show() {
            // 只能直接访问外部类的静态成员
            System.out.println("Outer staticName: " + staticName);

            // System.out.println(name); // 非静态成员，无法直接访问
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 不需要外部类对象，直接创建静态内部类对象
        Outer.Inner inner = new Outer.Inner();
        inner.show();
    }
}

10.3.2 访问方式

• 静态内部类对象的创建方式：外部类名.内部类名 对象名 = new 外部类名.内部类名();
• 静态内部类中的实例方法，依然需要创建内部类实例来调用；但如果有静态方法或静态变量，可以通过 Outer.Inner.静态方法 或 Outer.Inner.静态变量 直接访问。

10.4 局部内部类

局部内部类是定义在方法体或代码块内部的类，只在该方法或代码块中可见和使用。局部内部类可以看作“更局部化”的内部类，常用于一些只在某个方法中使用的场景。

public class Outer {
    public void method() {
        class Inner {
            public void show() {
                System.out.println("I am local inner class!");
            }
        }
        // 在方法内部创建并使用
        Inner inner = new Inner();
        inner.show();
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Outer().method();
    }
}

10.4.1 特点

1. 作用域限制：只能在定义它的方法或代码块中创建并使用。
2. 访问外部变量：可以访问外部类的成员，也可以访问该方法中被 final 或“事实上的最终”变量所修饰的局部变量（Java 8+ 开始，只要不修改该变量即可，不必显式 final）。

10.5 匿名内部类（抽象类和接口时详细介绍）

匿名内部类（Anonymous Inner Class）没有类名，通常用于简化创建某些接口或抽象类子类对象的过程，尤其在回调、事件处理等场景中使用广泛。

10.5.1 基本写法

interface ITest {
    void func();
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 匿名内部类：直接 new 接口（或抽象类），然后立刻重写其中的方法
        ITest test = new ITest() {
            @Override
            public void func() {
                System.out.println("Anonymous Inner Class func");
            }
        };

        test.func();
    }
}

1. new 接口/抽象类() { ... }：创建一个实现该接口或继承该抽象类的匿名子类对象。
2. 匿名：没有类名，直接在此处定义并实例化。

10.5.2 特点

1. 只能使用一次：若需要多次创建同样功能的对象，通常还是单独定义一个类或使用 Lambda（对于函数式接口）更好。
2. 简化代码：不用显式定义一个实现类/子类。

10.6 小结

1. 成员内部类：
   • 需要先创建外部类对象，再通过 外部类对象.new 内部类() 来实例化。
   • 可以访问外部类的所有成员。
2. 静态内部类：
   • 使用 static 修饰，只能直接访问外部类的静态成员。
   • 无需外部类实例即可创建，使用 外部类名.内部类名 方式。
3. 局部内部类：
   • 定义在方法或代码块内部，仅在该方法/代码块中可见。
   • 可以访问外部类的成员，也可以访问方法内“事实上的最终”变量。
4. 匿名内部类：
   • 没有类名，常用于简化接口或抽象类的实现。
   • 使用场景多在回调、事件监听等。

掌握内部类的使用场景与写法，可以使代码的封装性更好，也能让某些实现方式更灵活、更简洁。 在实际开发中，根据需求选择合适的内部类形式：

• 若需要频繁调用且功能独立，建议成员内部类或静态内部类；
• 若仅在某个方法中临时使用，且逻辑不复杂，可选择局部内部类或匿名内部类来简化代码。

十一、对象的打印

在 Java 中，当我们使用 System.out.println(obj); 或字符串拼接（如 "" + obj）来打印一个对象时，实质上是自动调用该对象的 toString() 方法。如果类中没有重写 toString()，则默认会调用 Object 类的 toString() 方法，打印出类似 类名@哈希值 的信息（如 com.bit.demo.Student@3f99bd52），往往并不是我们想要的“可读输出”。

11.1 Object 的 toString()

默认实现：Object 的 toString() 返回的字符串格式一般是：

getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode())

也就是“类的完整名称@哈希码”形式，便于识别对象在内存中的“标识”，但并不展示对象的具体属性信息。

为什么常被打印？

• 在使用 System.out.println(对象引用); 或字符串拼接时，会自动调用 toString()。
• 如果没有重写该方法，就会使用 Object 的默认实现。

11.2 重写 toString()

为了打印出更有意义的信息，我们通常会在自定义的类中重写（Override） toString() 方法。这样当打印对象时，就能输出该对象的关键属性值或其他说明性内容。

11.2.1 基本示例

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

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 重写 toString() 方法
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{name='" + name + "', age=" + age + "}";
    }

    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student("Alice", 20);
        System.out.println(stu); 
        // 自动调用 stu.toString() => 输出: Student{name='Alice', age=20}
    }
}

11.2.2 重写要点

1. 方法签名：必须是 public String toString()，且带有 @Override 注解（可选但建议）。
2. 返回值：返回一个可读性强、能够体现对象核心信息的字符串。
3. 风格多样：可以根据需要自定义输出格式，或使用 JSON、XML 等形式。
4. IDE 快捷生成：大多数 IDE（如 Eclipse、IntelliJ IDEA）可以自动生成 toString() 代码，方便使用。

11.3 打印数组

打印数组对象时，如果使用 System.out.println(arr); 也会得到类似 [Ljava.lang.String;@1540e19d 这样的结果（同样是 Object 的默认 toString()）。如果想查看数组元素，可以使用以下方式：

Arrays.toString(数组)：适用于一维数组。

String[] arr = {"Hello", "World"};
System.out.println(Arrays.toString(arr)); 
// [Hello, World]

Arrays.deepToString(数组)：适用于多维数组。

String[][] arr2D = {{"A", "B"}, {"C", "D"}};
System.out.println(Arrays.deepToString(arr2D)); 
// [[A, B], [C, D]]

11.4 小结

1. 默认打印对象：调用 Object.toString()，返回“类名@哈希值”，可读性差。
2. 重写 toString()：通过在自定义类中重写 toString()，让打印对象时输出更有意义的属性信息。
3. 打印数组：使用 Arrays.toString() 或 Arrays.deepToString() 更好地展示数组内容。

在实际开发中，重写 toString() 不仅方便调试与日志记录，也能让我们更直观地了解对象的核心数据。合理使用 toString() 让输出信息更友好，对日常开发帮助很大。

十二、总结与展望

本篇内容主要围绕以下三个方面展开：

1. static关键字
   • 静态变量和静态方法在类级别上提供共享资源和操作，无需创建对象即可使用。
   • 静态代码块为类提供一次性初始化的机会。
2. 代码块
   • 包括静态代码块、实例代码块等，用于在不同阶段进行初始化操作。
   • 掌握代码块的执行顺序有助于理解对象的生命周期。
3. 内部类
   • 提供了更灵活的访问方式和封装机制。
   • 主要分为成员内部类、静态内部类、匿名内部类和局部内部类。

未来的学习方向

• Java 继承与多态：继续探索面向对象的另外两个特性，理解类与类之间的继承关系以及动态绑定机制。
• 接口与抽象类：深入理解接口与抽象类的应用场景，以及如何运用多态思想进行程序扩展。
• 常用设计模式：结合内部类与静态特性，在单例、工厂、观察者等常见模式中，静态和内部类都有独特的用武之地。

如果你对本篇内容有任何疑问或想进一步探讨，欢迎在评论区留言。我们下篇文章见，继续一起探索 Java 的广阔天地！