7.5 静态成员与类级状态

前置知识：实例字段、实例方法、封装和构造方法

预计时间：25 分钟

完成标志：能区分类级与实例级成员，并能识别共享可变状态的生命周期和并发风险

“这一本书是否借出”属于某个对象；“这个 Book 类成功创建过多少个对象”属于整类。示例让你把后一种状态放进 static 成员。

1. static 字段不随每个实例重复

final class Book {
    private static int totalCreated;

    private final String title;

    Book(String title) {
        if (title == null || title.isBlank()) {
            throw new IllegalArgumentException("blank title");
        }
        this.title = title;
        totalCreated++;
    }

    String title() {
        return title;
    }

    static int totalCreated() {
        return totalCreated;
    }
}

new Book("Java 核心技术");
new Book("深入理解计算机系统");
System.out.println(Book.totalCreated()); // 2

通过类名访问静态成员能清楚表达其归属。Java 也允许通过对象表达式访问 static 成员，但容易让人误以为每个对象各有一份，应避免。

这个计数记录成功创建次数，不是当前存活对象数；类也设为 final，避免把随后构造失败的子类误计为成功。示例只适合单线程、小范围计数教学，int 还可能溢出。totalCreated++ 是读、加、写的组合，并非原子操作；多个线程并发创建对象会丢计数。生产代码可按需求使用 AtomicInteger、LongAdder、锁或外部指标系统。

静态状态也不是“全宇宙只有一份”。它与定义类的 Class 对象相关；不同类加载器可以各自加载同名类并拥有独立静态状态。测试、应用服务器和插件系统尤其要留意这个边界。

2. 静态方法没有当前对象

class TextRules {
    static boolean hasText(String value) {
        return value != null && !value.isBlank();
    }
}

调用 TextRules.hasText(title) 不需要先创建 TextRules。静态方法中没有 this，也不能直接访问实例字段：

class Book {
    String title;

    static int titleLength(Book book) {
        return book.title.length(); // 通过明确的对象参数访问
    }
}

实例方法可以访问 static 成员，因为它既有当前对象，也知道所属类；反方向不成立，除非静态方法先获得一个对象引用。

3. 常量通常是 static final

class LendingRules {
    static final int MAX_LOAN_DAYS = 30;
}

命名常量常用大写下划线。final 只禁止变量重新赋值，不会自动让所指对象不可变：

static final java.util.List<String> TAGS = new java.util.ArrayList<>();
// TAGS 不能改指向另一列表，但仍可 TAGS.add(...)

公开常量应优先使用基本类型、String、枚举或真正不可变类型。不要把 public static final 当成共享可变容器的免责标签。

4. 工具类只放无实例状态的操作

public final class PriceMath {
    private PriceMath() {
        throw new AssertionError("no instances");
    }

    public static long addCents(long left, long right) {
        return Math.addExact(left, right);
    }
}

final 防止继承，private 构造防止外部实例化。若方法需要大量可替换依赖、配置或共享缓存，把它们都塞进 static 工具类会让测试和生命周期管理更困难，此时普通对象更合适。

5. Java 17 的经典启动入口

Java 17 启动器寻找下面的入口签名：

public static void main(String[] args) {
    // ...
}

入口是 static，所以启动器无需先知道怎样构造应用类。String... args 也可作为等价声明形式。其他 Java 版本或专门运行环境可能提供额外入口机制，本文以 Java 17 命令行启动器为准。

6. 静态初始化有生命周期成本

静态字段初始化器和 static 初始化块在类初始化时执行，按源代码顺序运行。创建实例、调用静态方法、读取非编译期常量的静态字段等主动使用会触发相应类的初始化。读取编译期常量通常不触发初始化，因为值可能已写进调用方字节码；发布库后修改这类常量，还需重新编译调用方才能保证看到新值。

避免在静态初始化中进行慢网络请求、读取易失败的外部配置或启动后台线程。初始化中抛出的非 Error 异常会包装为 ExceptionInInitializerError；原本就是 Error 则直接传播。类会被标为初始化失败，之后再次主动使用通常得到 NoClassDefFoundError。

专业速查

成员	需要接收者	状态归属	典型用途
实例字段	是	每个对象	书名、借阅状态
实例方法	是	可操作当前对象	借书、还书
static 字段	否	类与类加载器	常量、受控共享状态
static 方法	否	无当前对象	纯工具、工厂、入口

离开这一页前

把书名和借出状态放在实例侧，把创建计数与纯工具操作放在类侧，并解释静态方法为什么没有 this。再检查 static final 引用是否仍指向可变对象、count++ 在并发下会不会丢更新，以及不同类加载器为何可能各有一份静态状态。

→ 下一步：OOP 练习与常见陷阱

规范入口：JLS §12.4.2：类的初始化步骤。