1. 概述
本文将深入探讨Java语言中的static关键字。我们将学习如何将static应用于变量、方法、代码块和嵌套类，并分析它们之间的关键区别。
2. static关键字核心原理
在Java中，**static关键字表示特定成员属于类型本身，而非该类型的实例**。这意味着无论创建多少个实例，该static成员只会存在一个副本，被所有实例共享。
static可应用于：
- 变量
- 方法
- 代码块
- 嵌套类
3. static字段（或类变量）
在Java中，当我们将字段声明为static时，该字段只会创建一个副本，并在该类的所有实例间共享。无论实例化多少次类，static字段始终只有一个副本，其值在所有同类对象间共享。
从内存角度看，静态变量存储在堆内存中。
3.1 static字段示例
假设有一个Car类包含多个属性（实例变量）：
public class Car {
private String name;
private String engine;
public static int numberOfCars;
public Car(String name, String engine) {
this.name = name;
this.engine = engine;
numberOfCars++;
}
// getters and setters
}
每次实例化该类时，numberOfCars变量会被递增。因此以下断言成立：
@Test
public void whenNumberOfCarObjectsInitialized_thenStaticCounterIncreases() {
new Car("Jaguar", "V8");
new Car("Bugatti", "W16");
assertEquals(2, Car.numberOfCars);
}
3.2 使用static字段的理由
✅ 当变量值独立于对象时
✅ 当值需要在所有对象间共享时
3.3 关键要点
static变量属于类，可直接通过类名访问，无需对象引用- 只能在类级别声明
static变量 - 无需初始化对象即可访问
static字段 - 虽然可通过对象引用访问（如
ford.numberOfCars++），但应避免这种写法，因为难以区分是实例变量还是类变量。始终使用类名引用静态变量（Car.numberOfCars++）
4. static方法（或类方法）
与static字段类似，static方法也属于类而非对象。因此无需创建所在类的实例即可调用它们。
4.1 static方法示例
通常使用static方法执行不依赖实例创建的操作。为在类的所有实例间共享代码，可将其写入static方法：
static void setNumberOfCars(int numberOfCars) {
Car.numberOfCars = numberOfCars;
}
也常用于创建工具类/辅助类，无需实例化即可使用。例如：
- JDK中的
Collections或Math工具类 - Apache的
StringUtils - Spring框架的
CollectionUtils
这些工具类的所有方法都是static的。
4.2 使用static方法的理由
✅ 访问/操作不依赖对象的静态变量和其他静态方法
✅ 在工具类和辅助类中广泛使用
4.3 关键要点
- Java中的
static方法在编译时解析。由于方法重载是运行时多态的一部分，**static方法不能被重载** - 抽象方法不能是
static的 static方法不能使用this或super关键字
以下组合是有效的：
- 实例方法可直接访问实例方法和实例变量
- 实例方法也可直接访问
static变量和static方法 static方法可访问所有static变量和其他static方法static方法不能直接访问实例变量和实例方法，需要对象引用
4.4 在static方法中调用非static方法
要在static方法中调用非static方法，必须使用包含该非static方法的类的实例。这是在main()静态方法中调用非静态方法的常见场景。
以之前的Car类为例：
public String getName() {
return name;
}
public String getEngine() {
return engine;
}
public static String getCarsInformation(Car car) {
return car.getName() + "-" + car.getEngine();
}
在getCarsInformation()静态方法中调用getName()和getEngine()非静态方法，必须通过Car对象实例访问。否则会报错："Non-static method 'getName()' cannot be referenced from a static context"。
5. static代码块
使用static代码块初始化static变量。虽然可以直接在声明时初始化，但有时需要多行处理逻辑，此时static代码块就派上用场。
当static变量初始化需要额外的多语句逻辑时，可使用static代码块。
5.1 static代码块示例
假设要初始化包含预定义值的List对象：
public class StaticBlockDemo {
public static List<String> ranks = new LinkedList<>();
static {
ranks.add("Lieutenant");
ranks.add("Captain");
ranks.add("Major");
}
static {
ranks.add("Colonel");
ranks.add("General");
}
}
在声明时无法直接初始化包含所有初始值的List对象，因此这里使用了static代码块。
5.2 使用static代码块的理由
✅ 当static变量初始化需要除赋值外的额外逻辑时
✅ 当static变量初始化容易出错且需要异常处理时
5.3 关键要点
- 一个类可以有多个
static代码块 static字段和static代码块按在类中出现的顺序解析和执行
6. static类
Java允许在类中创建类，提供了一种将元素组织在单一位置的方式，使代码更有条理、更易读。
嵌套类架构分为两种：
- 声明为
static的嵌套类称为静态嵌套类 - 非
static的嵌套类称为内部类
主要区别在于：内部类可访问外部类的所有成员（包括private成员），而静态嵌套类只能访问外部类的静态成员。
实际上，静态嵌套类的行为与任何顶级类完全相同，只是被封装在唯一会访问它的类中，以提供更好的封装便利性。
6.1 static类示例
创建单例对象最常用的方式是通过静态嵌套类：
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
public static final Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.instance;
}
}
此方法无需同步，易于学习和实现。
另一个展示嵌套静态类可见性的示例：
public class Pizza {
private static String cookedCount;
private boolean isThinCrust;
public static class PizzaSalesCounter {
private static String orderedCount;
public static String deliveredCount;
PizzaSalesCounter() {
System.out.println("Static field of enclosing class is "
+ Pizza.cookedCount);
System.out.println("Non-static field of enclosing class is "
+ new Pizza().isThinCrust);
}
}
Pizza() {
System.out.println("Non private static field of static class is "
+ PizzaSalesCounter.deliveredCount);
System.out.println("Private static field of static class is "
+ PizzaSalesCounter.orderedCount);
}
public static void main(String[] a) {
new Pizza.PizzaSalesCounter();
}
}
运行main方法的结果：
Static field of enclosing class is null
Non private static field of static class is null
Private static field of static class is null
Non-static field of enclosing class is false
6.2 使用static内部类的理由
✅ 将仅在单一位置使用的类分组，增强封装性
✅ 将代码靠近唯一使用它的位置，提高可读性和可维护性
✅ 如果嵌套类不需要访问外部类的实例成员，最好声明为static。这样不会与外部类耦合，更高效（不需要堆或栈内存）
6.3 关键要点
- 静态嵌套类不能访问外部类的任何实例成员，只能通过对象引用访问
- 静态嵌套类可访问外部类的所有静态成员（包括
private成员） - **Java规范不允许将顶级类声明为
static**，只有嵌套类可以声明为static
7. 理解错误“Non-static variable cannot be referenced from a static context”
此错误通常发生在静态上下文中使用非静态变量时。
如前所述，静态变量属于类，在类加载时加载。而非静态变量需要创建对象才能引用。
Java编译器报错是因为调用或使用非静态变量需要对象实例。
通过示例说明：
public class MyClass {
int instanceVariable = 0;
public static void staticMethod() {
System.out.println(instanceVariable);
}
public static void main(String[] args) {
MyClass.staticMethod();
}
}
在静态方法staticMethod中使用了非静态变量instanceVariable，导致编译错误：Non-static variable cannot be referenced from a static context。
8. 总结
本文深入探讨了static关键字的应用场景，分析了使用静态字段、静态方法、静态代码块和静态内部类的理由和优势。
最后，我们了解了导致编译器报错“Non-static variable cannot be referenced from a static context”的根本原因。
完整代码可在GitHub获取。