## 03 Java 常用關鍵字理解 ## 引導語 Java 中的關鍵字很多，大約有 50+，在命名上我們不能和這些關鍵字沖突的，編譯會報錯，每個關鍵字都代表著不同場景下的不同含義，接下來我們挑選 6 個比較重要的關鍵字，深入學習一下。 ### 1 static 意思是靜態的、全局的，一旦被修飾，說明被修飾的東西在一定范圍內是共享的，誰都可以訪問，這時候需要注意并發讀寫的問題。 1.1 修飾的對象 static 只能修飾類變量、方法和方法塊。補充：還有class。 當 static 修飾類變量時，如果該變量是 public 的話，表示該變量任何類都可以直接訪問，而且無需初始化類，直接使用 類名.static 變量 這種形式訪問即可。 這時候我們非常需要注意的一點就是線程安全的問題了，因為當多個線程同時對共享變量進行讀寫時，很有可能會出現并發問題，如我們定義了：public static List list = new ArrayList();這樣的共享變量。這個 list 如果同時被多個線程訪問的話，就有線程安全的問題，這時候一般有兩個解決辦法： 1. 把線程不安全的 ArrayList 換成 線程安全的 CopyOnWriteArrayList； 2. 每次訪問時，手動加鎖。 所以在使用 static 修飾類變量時，如何保證線程安全是我們常常需要考慮的。 當 static 修飾方法時，代表該方法和當前類是無關的，任意類都可以直接訪問（如果權限是 public 的話）。 有一點需要注意的是，該方法內部只能調用同樣被 static 修飾的方法，不能調用普通方法，我們常用的 util 類里面的各種方法，我們比較喜歡用 static 修飾方法，好處就是調用特別方便。 static 方法內部的變量在執行時是沒有線程安全問題的。方法執行時，數據運行在棧里面，棧的數據每個線程都是隔離開的，所以不會有線程安全的問題，所以 util 類的各個 static 方法，我們是可以放心使用的。 當 static 修飾方法塊時，我們叫做靜態塊，靜態塊常常用于在類啟動之前，初始化一些值，比如： ``` public static List<String> list = new ArrayList(); // 進行一些初始化的工作 static { list.add("1"); } ``` 這段代碼演示了靜態塊做一些初始化的工作，但需要注意的是，靜態塊只能調用同樣被 static 修飾的變量，并且 static 的變量需要寫在靜態塊的前面，不然編譯也會報錯。 1.2 初始化時機 對于被 static 修飾的類變量、方法塊和靜態方法的初始化時機，我們寫了一個測試 demo，如下圖：  打印出來的結果是： 父類靜態變量初始化 父類靜態塊初始化 子類靜態變量初始化 子類靜態塊初始化 main 方法執行 父類構造器初始化 子類構造器初始化 從結果中，我們可以看出兩點： 1. 父類的靜態變量和靜態塊比子類優先初始化； 2. 靜態變量和靜態塊比類構造器優先初始化。 被 static 修飾的方法，在類初始化的時候并不會初始化，只有當自己被調用時，才會被執行。 ### 2 final final 的意思是不變的，一般來說用于以下三種場景： 1. 被 final 修飾的類，表明該類是無法繼承的； 2. 被 final 修飾的方法，表明該方法是無法覆寫的； 3. 被 final 修飾的變量，說明該變量在聲明的時候，就必須初始化完成，而且以后也不能修改其內存地址。 第三點注意下，我們說的是無法修改其內存地址，并沒有說無法修改其值。因為對于 List、Map 這些集合類來說，被 final 修飾后，是可以修改其內部值的，但卻無法修改其初始化時的內存地址。 例子我們就不舉了，1-1 小節 String 的不變性就是一個很好的例子。 ### 3 try、catch、finally 這三個關鍵字常用于我們捕捉異常的一整套流程，try 用來確定代碼執行的范圍，catch 捕捉可能會發生的異常，finally 用來執行一定要執行的代碼塊，除了這些，我們還需要清楚，每個地方如果發生異常會怎么辦，我們舉一個例子來演示一下： ``` public void testCatchFinally() { try { log.info("try is run"); if (true) { throw new RuntimeException("try exception"); } } catch (Exception e) { log.info("catch is run"); if (true) { throw new RuntimeException("catch exception"); } } finally { log.info("finally is run"); } } ``` 這個代碼演示了在 try、catch 中都遇到了異常，代碼的執行順序為：try -> catch -> finally，輸出的結果如下：  可以看到兩點： 1. finally 先執行后，再拋出 catch 的異常； 2. 最終捕獲的異常是 catch 的異常，try 拋出來的異常已經被 catch 吃掉了，所以當我們遇見 catch 也有可能會拋出 異常時，我們可以先打印出 try 的異常，這樣 try 的異常在日志中就會有所體現。 ### 4 volatile volatile 的意思是可見的，常用來修飾某個共享變量，意思是當共享變量的值被修改后，會及時通知到其它線程上，其它線程就能知道當前共享變量的值已經被修改了。 我們再說原理之前，先說下基礎知識。就是在多核 CPU 下，為了提高效率，線程在拿值時，是直接和 CPU 緩存打交道的，而不是內存。主要是因為 CPU 緩存執行速度更快，比如線程要拿值 C，會直接從 CPU 緩存中拿， CPU 緩存中沒有，就會從內存中拿，所以線程讀的操作永遠都是拿 CPU 緩存的值。 這時候會產生一個問題，CPU 緩存中的值和內存中的值可能并不是時刻都同步，導致線程計算的值可能不是最新的，共享變量的值有可能已經被其它線程所修改了，但此時修改是機器內存的值，CPU 緩存的值還是老的，導致計算會出現問題。 這時候有個機制，就是內存會主動通知 CPU 緩存。當前共享變量的值已經失效了，你需要重新來拉取一份，CPU 緩存就會重新從內存中拿取一份最新的值。 volatile 關鍵字就會觸發這種機制，加了 volatile 關鍵字的變量，就會被識別成共享變量，內存中值被修改后，會通知到各個 CPU 緩存，使 CPU 緩存中的值也對應被修改，從而保證線程從 CPU 緩存中拿取出來的值是最新的。 我們畫了一個圖來說明一下：  從圖中我們可以看到，線程 1 和線程 2 一開始都讀取了 C 值，CPU 1 和 CPU 2 緩存中也都有了 C 值，然后線程 1 把 C 值修改了，這時候內存的值和 CPU 2 緩存中的 C 值就不等了，內存這時發現 C 值被 volatile 關鍵字修飾，發現其是共享變量，就會使 CPU 2 緩存中的 C 值狀態置為無效，CPU 2 會從內存中重新拉取最新的值，這時候線程 2 再來讀取 C 值時，讀取的已經是內存中最新的值了。 ### 5 transient transient 關鍵字我們常用來修飾類變量，意思是當前變量是無需進行序列化的。在序列化時，就會忽略該變量，這些在序列化工具底層，就已經對 transient 進行了支持。 ### 6 default default 關鍵字一般會用在接口的方法上，意思是對于該接口，子類是無需強制實現的，但自己必須有默認實現，我們舉個例子如下： default 關鍵字被很多源碼使用，我們后面會說。  ### 7 面試題 #### 7.1 如何證明 static 靜態變量和類無關？ 答：從三個方面就可以看出靜態變量和類無關。 1. 我們不需要初始化類就可直接使用靜態變量； 2. 我們在類中寫個 main 方法運行，即便不寫初始化類的代碼，靜態變量都會自動初始化； 3. 靜態變量只會初始化一次，初始化完成之后，不管我再 new 多少個類出來，靜態變量都不會再初始化了。 不僅僅是靜態變量，靜態方法塊也和類無關。 #### 7.2 常常看見變量和方法被 static 和 final 兩個關鍵字修飾，為什么這么做？ 答：這么做有兩個目的： 1. 變量和方法于類無關，可以直接使用，使用比較方便； 2. 強調變量內存地址不可變，方法不可繼承覆寫，強調了方法內部的穩定性。 #### 7.3 catch 中發生了未知異常，finally 還會執行么？ 答：會的，catch 發生了異常，finally 還會執行的，并且是 finally 執行完成之后，才會拋出 catch 中的異常。 不過 catch 會吃掉 try 中拋出的異常，為了避免這種情況，在一些可以預見 catch 中會發生異常的地方，先把 try 拋出的異常打印出來，這樣從日志中就可以看到完整的異常了。 #### 7.4 volatile 關鍵字的作用和原理 答：這個上文說的比較清楚，可以參考上文。 ### 總結 Java 的關鍵字屬于比較基礎的內容，我們需要清晰明確其含義，才能在后續源碼閱讀和工作中碰到這些關鍵字時了然于心，才能明白為什么會在這里使用這樣的關鍵字。比如 String 源碼是如何使用 final 關鍵字達到起不變性的，比如 Java 8 集合中 Map 是如何利用 default 關鍵字新增各種方法的，這些我們在后續內容都會提到。