Java基础——类成员

static关键字修饰的成员就是类成员，前面已经介绍的类成员有类变量、类方法、静态初始化块三个成分，static关键字不能修饰构造器。static修饰的类成员属于整个类，不属于单个实例。

一、理解类成员

在Java类里只能包含成员变量、方法、构造器、初始化块、内部类（包括接口、枚举）5种成员，目前已经介绍了前面4种，其中static可以修饰成员变量、方法、初始化块、内部类（包括接口、枚举），以static修饰的成员就是类成员。类成员属于整个类，不属于单个对象。

类变量属于整个类，当系统第一次准备使用该类时，系统会为该类变量分配内存空间，类变量开始生效，直到该类被卸载，该类的类变量所占有的内存才被系统的垃圾回收机制回收，类变量生存范围几乎等同于该类的生存范围。当类初始化完成后，类变量也被初始化完成。

类变量既可以通过类来访问，也可以通过类的对象来访问。但通过对类的对象来访问类变量时，实际上并不是访问该对象所拥有的变量，因为当系统创建该类的对象时，系统不会再为类变量分配内存，也不会再次对类变量进行初始化，也就是说，对象根本不拥有对应类的类变量，通过对象访问类变量只是一种假象，通过对象访问的依然是该类的类变量，可以这样理解：当通过对象来访问类变量时，系统会在底层转换为通过该类来访问类变量。

提示：
很多语言都不允许通过对象访问类变量，对象只能访问实例变量；类变量必须通过类来访问。

由于对象实际上并不持有类变量，类变量是由该类持有的，同一个类的所有对象访问类变量时，实际上访问的都是该类所持有的变量。因此，从程序运行表面来看，即可看到同一类的所有实例的类变量共享同一块内存区。

类方法也是类成员的一种，类方法也是属于类的，通常直接使用类作为调用者来调用类方法，但也可以使用对象来调用类方法。与类变量类似，即使使用对象来调用类方法，其效果也与采用类来调用类方法完全一样。

当使用实例来访问类成员时，实际上依然是委托给该类来访问类成员，因此即使某个实例为null，它也可以访问它所属类的类成员。例如：

public class NullAccessStatic{    private static void test()    {        System.out.println("static修饰的类方法");    }    public static void main(String[] args)    {        //定义一个NullAccessStatic，其值为null        NullAccessStatic nas = null;        nas.test();    }}

编译、运行上面的程序，一切正常，打印出“static修饰的类方法”字符串。

提示：
如果一个null对象访问实例成员（包括实例变量和实例方法），将会引发NullPointerException异常，因为null表明该实例根本不存在，既然实例不存在，那么它的实例变量和实例方法自然也不存在。

静态初始化块也是类成员的一种，静态初始化块用于执行类初始化动作，在类的初始化阶段，系统会调用该类的静态初始化块来对类进行初始化。一旦该类初始化结束后，静态初始化块将永远不会获得执行的机会。

对static关键字而言，有一条非常重要的规则：类成员（包括方法、初始化块、内部类和枚举类）不能访问实例成员（包括成员变量、方法、初始化块、内部类和枚举类）。

因为类成员变量时属于类的，类成员的作用域比实例成员的作用域更大，完全可能出现类成员已经初始化完成，但实例成员还不曾 初始化的情况，如果允许类成员访问实例成员将会引发大量错误。

二、单例(Singleton)类
大部分时候都把类的构造器定义成public访问权限，允许任何类自由创建该类的对象。但在某些时候，允许其他类自由创建该类的对象没有任何意义，还可能造成系统性能下降（因为频繁地创建对象、回收对象带来系统开销问题）。例如，系统可能只有一个窗口管理器、一个假脱机打印机设备或一个数据库引擎访问点，此时如果在系统中为这些类创建对个对象就没有太大的意义。

如果一个类始终只能创建一个实例、则这个类被称为单例类。

总之，在一些特殊场景下，要求不允许自由创建该类的对象，而只允许为该类创建一个对象，为了避免其他类自由创建该类的实例，应该吧该类的构造器使用private修饰，从而把该类所有构造器隐藏起来。

根据良好封装的原则：一旦把该类的构造器隐藏起来，就需要提供一个public方法作为该类的访问点，用于创建该类的对象，且该方法必须使用static修饰（因为调用该方法之前还不存在对象，因此调用该方法不可能是对象，只能是类）。

除此之外，该类还必须缓存已经创建的对象，否则该类无法知道是否已经曾经创建过对象，也就无法保证只创建一个对象。为此该类需要使用一个成员变量来保存曾经创建的对象，因为该成员变量需要被上面的静态方法访问，故该成员变量必须使用static修饰。

简单来说，就是必须满足以下三点：
①构造器使用private修饰，避免自由创建该类的实例。

②既然无法使用构造器创建实例，必须提供public修饰的类方法来创建该类的对象。

③为了保证只创建一个对象，必须定义一个类对象缓存已经创建的对象。

基于上面的介绍，下面创建了一个单例类。

class Singleton{    //使用一个类变量缓存曾经创建的实例    private static Singleton instance;    //对构造器使用private修饰，隐藏该构造器    private Singleton() {}    //提供一个静态方法，用于返回Singleton实例    //该方法可以加入自定义控制，保证只产生一个Singleton对象    public static Singleton getInstance()    {        //如果instance为null,则表明还不曾创建Singleton对象        //如果instance不为null,则表明已经创建了Singleton对象        //将不会重新创建新的实例        if(instance == null)        {            //创建一个Singleton对象，并将其缓存起来            instance = new Singleton();        }        return instance;    }}public class SingletonTest{    public static void main(String[] args)    {        //创建Singleton对象不能通过构造器        //只能通过getInstance方法来得到实例        Singleton s1 = Singleton.getInstance();        Singleton s2 = Singleton.getInstance();        System.out.println(s1 == s2);//将输出true    }}

正是因为通过上面getInstance方法通过自定义控制（这也是封装的优势，不允许自由访问类的成员变量和实现细节，而是通过方法来控制合适暴露），保证Singleton类只能产生一个实例。所以，在SingletonTest类的mian()方法中，看到两次产生的Singleton对象实际上是同一个对象。