Static Final Variables in Java

1. 概述

简单来说，static final 变量，也称为常量，是 Java 中创建初始化后不会改变的类变量的关键特性。 但在涉及 static final 对象引用的情况下，对象的状态可能会变化。

在这个教程中，我们将学习如何声明和初始化常量变量，并讨论它们的用途。

2. static final 变量

static 关键字将一个变量关联到类本身，而不是类的实例。

此外，final 关键字使变量变得不可变，初始化后其值不能更改。

这两个关键字的结合有助于创建常量。它们通常使用大写字母和下划线分隔单词命名。

2.1. 初始化 static final 变量

下面是如何声明和初始化 static final 字段的例子：

class Bike {
    public static final int TIRE = 2;
}

在这里，我们创建了一个名为 Bike 的类，有一个名为 TIRE 的常量类变量并将其初始化为2。

另一种方式是通过 static 初始化块来初始化变量：

public static final int PEDAL;
static {
    PEDAL = 5;
}

这段代码编译没有错误：

@Test
void givenPedalConstantSetByStaticBlock_whenGetPedal_thenReturnFive() {
    assertEquals(5, Bike.PEDAL);
}

对于常量变量，有一些关键规则：

• 必须在声明时或在 static 初始化块中初始化
• 初始化后不能重新赋值

尝试在初始化范围之外初始化它会导致异常。

此外，我们不能通过构造函数初始化它，因为构造函数在创建类的实例时被调用。静态变量属于类本身，而不是单个实例。

2.2. static final 对象

我们也可以创建 static final 对象引用：

public static final HashMap<String, Integer> PART = new HashMap<>();

由于 PART 引用是常量，不能重新赋值：

PART = new HashMap<>();

上述代码会抛出异常，因为我们试图将一个新的引用赋给一个不可变的变量。

然而，我们可以修改对象的状态：

@Test
void givenPartConstantObject_whenObjectStateChanged_thenCorrect() {
    Bike.PART.put("seat", 1);
    assertEquals(1, Bike.PART.get("seat"));
    Bike.PART.put("seat", 5);
    assertEquals(5, Bike.PART.get("seat"));
}

在这里，尽管最初设置为1，但我们仍然可以改变 seat 的值。尽管 PART 是一个常量引用，但我们仍然可以修改其内容。只有引用本身是不可变的。

值得注意的是，final 关键字仅使基本类型、String 和其他不可变类型常量化。对于对象，它仅使引用常量，但对象的状态可以被改变。

3. 常量为何有用

使用 static final 变量有多个优点。它提供了更好的性能，因为其值在编译时内联，而不是在运行时查找。

此外，将可重用的值声明为常量可以避免重复使用字面量。常量可以根据访问修饰符在代码的任何地方重用。具有 private 访问修饰符的常量只能在类内部使用。

另外，基本类型或 String 类型的 static final 变量是线程安全的。当在多个线程之间共享时，其值保持不变。

最后，给常量值赋予语义名称可以提高代码可读性。同时，它使代码自我说明。例如，java.math 包提供了如 PI 这样的常量：

@Test
void givenMathClass_whenAccessingPiConstant_thenVerifyPiValueIsCorrect() {
    assertEquals(3.141592653589793, Math.PI);
}

Math.PI 以可重用的方式封装了数学常量值。

4. 总结

在这篇文章中，我们了解了如何声明和初始化常量变量，并强调了一些用例。

一个 final static 变量定义了一个类级别的常量。然而，即使引用不能改变，static final 对象仍然可能具有可变性。

如往常一样，示例的完整源代码可在 GitHub 上找到。