理解java中的static与final关键字

static
static是java中非常重要的一个关键字，而且它的用法也很丰富，主要有四种用法：

1. 用来修饰成员变量，将其变为类的成员，从而实现所有对象对于该成员的共享；
2. 用来修饰成员方法，将其变为类方法，可以直接使用“类名.方法名”的方式调用，常用于工具类；
3. 静态块用法，将多个类成员放在一起初始化，使得程序更加规整，其中理解对象的初始化过程非常关键；
4. 静态导包用法，将类的方法直接导入到当前类中，从而直接使用“方法名”即可调用类方法，更加方便。

在了解之前，我们需要先认识一下java虚拟机的结构：

  程序计数器（Program Counter Register）是一块线程私有的较小的内存空间，个计数器互不影响，相互独立。它可以看作是当前线程的字节码的行号指示器。由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，所以在任何确定时刻，一个处理器核心（多核处理器的一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的位置，每条线程都需要有一个独立的线程技术器。

  Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）它是我们需要关注的一个核心。它也是线程私有的，每一个方法在执行时会创建一个栈帧（stack frame）用于存储相关信息。

  本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈作用相似，用于处理Native 关键字修饰的方法，这里不加叙述。

  Java堆（Java Heap）是我们关注的又一个核心。它是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的内存区域用于存放对象实例，也是垃圾回收管理的主要区域。

  方法区（Method Area）和堆一样是各个线程共享的内存区域。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

1、 修饰成员变量
  static最常用的功能就是修饰类的属性和方法，让他们成为类的成员属性和方法。下面是一个例子：

public class Person {
    String name;
    int age;

    public String toString() {
        return "Name:" + name + ", Age:" + age;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age = 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:10
     * Name:lisi, Age:12
     */

  上面的代码在内存中的示意如下:

  从上图中可以看出，p1和p2两个变量引用的对象分别存储在内存中堆区域的不同地址中，所以他们之间相互不会干扰。而对于方法，不论一个类创建了几个对象，他们的方法都是一样的：

  从上面的图中我们可以看到，两个Person对象的方法实际上只是指向了同一个方法定义。这个方法定义是位于内存中的一块不变区域（方法区）。这一块存储区不仅存放了方法的定义，实际上从更大的角度而言，它存放的是各种类的定义，当我们通过new来生成对象时，会根据这里定义的类的定义去创建对象。多个对象仅会对应同一个方法，这里有一个让我们充分信服的理由，那就是不管多少的对象，他们的方法总是相同的，尽管最后的输出会有所不同，但是方法总是会按照我们预想的结果去操作，即不同的对象去调用同一个方法，结果会不尽相同。
当static修饰成员变量时：

public class Person {
    String name;
    static int age;

    /* 其余代码不变... */

    /**Output
     * Name:zhangsan, Age:12
     * Name:lisi, Age:12
     */
}

我们发现，结果发生了一点变化，在给p2的age属性赋值时，干扰了p1的age属性他们在内存中的示意如图：

我们发现，给age属性加了static关键字之后，Person对象就不再拥有age属性了，age属性会统一交给Person类去管理，即多个Person对象只会对应一个age属性，一个对象如果对age属性做了改变，其他的对象都会受到影响。我们看到此时的age和toString()方法一样，都是交由类去管理。

虽然我们看到static可以让对象共享属性，但是实际中我们很少这么用，也不推荐这么使用。因为这样会让该属性变得难以控制，因为它在任何地方都有可能被改变。如果我们想共享属性，一般我们会采用其他的办法：

public class Person {
    private static int count = 0;
    int id;
    String name;
    int age;

    public Person() {
        id = ++count;
    }

    public String toString() {
        return "Id:" + id + ", Name:" + name + ", Age:" + age;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.name = "zhangsan";
        p1.age = 10;
        Person p2 = new Person();
        p2.name = "lisi";
        p2.age = 12;
        System.out.println(p1);
        System.out.println(p2);
    }
    /**Output
     * Id:1, Name:zhangsan, Age:10
     * Id:2, Name:lisi, Age:12
     */

  上面的代码起到了给Person的对象创建一个唯一id以及记录总数的作用，其中count由static修饰，是Person类的成员属性，每次创建一个Person对象，就会使该属性自加1然后赋给对象的id属性，这样，count属性记录了创建Person对象的总数，由于count使用了private修饰，所以从类外面无法随意改变。

2、 修饰成员变量
  static的另一个作用，就是修饰成员方法。相比于修饰成员属性，修饰成员方法对于数据的存储上面并没有多大的变化，因为我们从上面可以看出，方法本来就是存放在类的定义当中的。static修饰成员方法最大的作用，就是可以使用”类名.方法名”的方式操作方法，避免了先要new出对象的繁琐和资源消耗，我们可能会经常在帮助类中看到它的使用：

public class PrintHelper {

    public static void print(Object o){
        System.out.println(o);
    }

    public static void main(String[] args) {
        PrintHelper.print("Hello world");
    }
}

  上面便是一个例子（现在还不太实用），但是我们可以看到它的作用，使得static修饰的方法成为类的方法，使用时通过“类名.方法名”的方式就可以方便的使用了，相当于定义了一个全局的函数（只要导入该类所在的包即可）。不过它也有使用的局限，一个static修饰的类中，不能使用非static修饰的成员变量和方法，这很好理解，因为static修饰的方法是属于类的，如果去直接使用对象的成员变量，它会不知所措（不知该使用哪一个对象的属性）。

3、 静态块
  在说明static关键字的第三个用法时，我们有必要重新梳理一下一个对象的初始化过程。以下面的代码为例：

package com.dotgua.study;

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成员变量初始化");
    static Book book2 = new Book("static成员book2成员变量初始化");

    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }

    Book book3 = new Book("book3成员变量初始化");
    static Book book4 = new Book("static成员book4成员变量初始化");

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成员book2成员变量初始化
     * static成员book4成员变量初始化
     * book1成员变量初始化
     * book3成员变量初始化
     * p1初始化
     */
}

  上面的例子中，Person类中组合了四个Book成员变量，两个是普通成员，两个是static修饰的类成员。我们可以看到，当我们new一个Person对象时，static修饰的成员变量首先被初始化，随后是普通成员，最后调用Person类的构造方法完成初始化。也就是说，在创建对象时，static修饰的成员会首先被初始化，而且我们还可以看到，如果有多个static修饰的成员，那么会按照他们的先后位置进行初始化。

  实际上，static修饰的成员的初始化可以更早的进行，请看下面的例子：

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成员变量初始化");
    static Book book2 = new Book("static成员book2成员变量初始化");

    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }

    Book book3 = new Book("book3成员变量初始化");
    static Book book4 = new Book("static成员book4成员变量初始化");

    public static void funStatic() {
        System.out.println("static修饰的funStatic方法");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person.funStatic();
        System.out.println("****************");
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成员book2成员变量初始化
     * static成员book4成员变量初始化
     * static修饰的funStatic方法
     * ***************
     * book1成员变量初始化
     * book3成员变量初始化
     * p1初始化
     */
}

  在上面的例子中我们可以发现两个有意思的地方，第一个是当我们没有创建对象，而是通过类去调用类方法时，尽管该方法没有使用到任何的类成员，类成员还是在方法调用之前就初始化了，这说明，当我们第一次去使用一个类时，就会触发该类的成员初始化。第二个是当我们使用了类方法，完成类的成员的初始化后，再new该类的对象时，static修饰的类成员没有再次初始化，这说明，static修饰的类成员，在程序运行过程中，只需要初始化一次即可，不会进行多次的初始化。

  回顾了对象的初始化以后，我们再来看static的第三个作用就非常简单了，那就是当我们初始化static修饰的成员时，可以将他们统一放在一个以static开始，用花括号包裹起来的块状语句中：

class Book{
    public Book(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

public class Person {

    Book book1 = new Book("book1成员变量初始化");
    static Book book2;

    static {
        book2 = new Book("static成员book2成员变量初始化");
        book4 = new Book("static成员book4成员变量初始化");
    }

    public Person(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }

    Book book3 = new Book("book3成员变量初始化");
    static Book book4;

    public static void funStatic() {
        System.out.println("static修饰的funStatic方法");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person.funStatic();
        System.out.println("****************");
        Person p1 = new Person("p1初始化");
    }
    /**Output
     * static成员book2成员变量初始化
     * static成员book4成员变量初始化
     * static修饰的funStatic方法
     * ***************
     * book1成员变量初始化
     * book3成员变量初始化
     * p1初始化
     */
}

  我们将上一个例子稍微做了一下修改，可以看到，结果没有二致。

4、 静态导包

 相比于上面的三种用途，第四种用途可能了解的人就比较少了，但是实际上它很简单，而且在调用类方法时会更方便。以上面的“PrintHelper”的例子为例，做一下稍微的变化，即可使用静态导包带给我们的方便：

/* PrintHelper.java文件 */
package com.dotgua.study;

public class PrintHelper {

    public static void print(Object o){
        System.out.println(o);
    }
}

/* App.java文件 */

import static com.dotgua.study.PrintHelper.*;

public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {
        print("Hello World!");
    }
    /**Output
     * Hello World!
     */
}

  上面的代码来自于两个java文件，其中的PrintHelper很简单，包含了一个用于打印的static方法。而在App.java文件中，我们首先将PrintHelper类导入，这里在导入时，我们使用了static关键字，而且在引入类的最后还加上了“.*”，它的作用就是将PrintHelper类中的所有类方法直接导入。不同于非static导入，采用static导入包后，在不与当前类的方法名冲突的情况下，无需使用“类名.方法名”的方法去调用类方法了，直接可以采用”方法名”去调用类方法，就好像是该类自己的方法一样使用即可。

5、 static关键字的误区

1.static关键字会改变类中成员的访问权限吗？

　　有些初学的朋友会将java中的static与C/C++中的static关键字的功能混淆了。在这里只需要记住一点：与C/C++中的static不同，Java中的static关键字不会影响到变量或者方法的作用域。在Java中能够影响到访问权限的只有private、public、protected（包括包访问权限）这几个关键字。

2.能通过this访问静态成员变量吗？

　　虽然对于静态方法来说没有this，那么在非静态方法中能够通过this访问静态成员变量吗？例子：

public class Main {　　
    static int value = 33;

    private void printValue(){
        int value = 3;
        System.out.println(this.value);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        new Main().printValue();
    }
}
    /**Output
     * 33
     */

  这里面主要考察队this和static的理解。this代表什么？this代表当前对象，那么通过new Main()来调用printValue的话，当前对象就是通过new Main()生成的对象。而static变量是被对象所享有的，因此在printValue中的this.value的值毫无疑问是33。在printValue方法内部的value是局部变量，根本不可能与this关联，所以输出结果是33。在这里永远要记住一点：静态成员变量虽然独立于对象，但是不代表不可以通过对象去访问，所有的静态方法和静态变量都可以通过对象访问（只要访问权限足够）。

3.static能作用于局部变量么？

　　在C/C++中static是可以作用域局部变量的，但是在Java中切记：static不允许用来修饰局部变量。

final

  final在Java中是一个保留的关键字，可以声明成员变量、方法、类以及本地变量。一旦你将引用声明作final，你将不能改变这个引用了，编译器会检查代码，如果你试图将变量再次初始化的话，编译器会报编译错误。

final变量
  凡是对成员变量或者本地变量(在方法中的或者代码块中的变量称为本地变量)声明为final的都叫作final变量。final变量经常和static关键字一起使用，作为常量。下面是final变量的例子：

public static final String LOAN = "loan";
LOAN = new String("loan") //invalid compilation error

final变量是只读的。

final方法
  final也可以声明方法。方法前面加上final关键字，代表这个方法不可以被子类的方法重写。如果你认为一个方法的功能已经足够完整了，子类中不需要改变的话，你可以声明此方法为final。final方法比非final方法要快，因为在编译的时候已经静态绑定了，不需要在运行时再动态绑定。下面是final方法的例子：

final类
  使用final来修饰的类叫作final类。final类通常功能是完整的，它们不能被继承。Java中有许多类是final的，譬如String, Interger以及其他包装类。下面是final类的实例：

final class PersonalLoan{

    }

    class CheapPersonalLoan extends PersonalLoan{  //compilation error: cannot inherit from final class

}

使用final关键字的好处

1. final关键字提高了性能。JVM和Java应用都会缓存final变量。
2. final变量可以安全的在多线程环境下进行共享，而不需要额外的同步开销。
3. 使用final关键字，JVM会对方法、变量及类进行优化。

参考文章：
https://www.cnblogs.com/dotgua/p/6354151.html?utm_source=itdadao&utm_medium=referral
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3799052.html
http://javarevisited.blogspot.hk/2011/12/final-variable-method-class-java.html