10 نکته ای که باید در مورد اصلاح کننده استاتیک در جاوا بدانید

در جاوا، تغییردهنده استاتیک به معنای چیزی است که مستقیماً با یک کلاس مرتبط است: اگر یک فیلد ثابت است، به کلاس تعلق دارد. اگر متد ایستا باشد، به کلاس تعلق دارد. در نتیجه، می توانید از نام کلاس برای فراخوانی یک متد استاتیک یا ارجاع به یک فیلد ثابت استفاده کنید. به عنوان مثال، اگر countفیلد در Counterکلاس ثابت است، به این معنی است که می توانید متغیر را با عبارت زیر ارجاع دهید: Counter.count. البته باید اصلاح کننده های دسترسی را در نظر گرفت. به عنوان مثال، privateفیلدها فقط در کلاسی که در آن اعلان شده اند در دسترس هستند. و protectedفیلدها برای همه کلاس های داخل یک بسته و همچنین برای همه زیر کلاس های آنها خارج از بسته در دسترس هستند. فرض کنید Counterکلاس یک متد استاتیک دارد increment()که وظیفه آن افزایش countمیدان است. برای فراخوانی این روش می توانید از Counter.increment(). Counterبرای دسترسی به یک فیلد یا متد استاتیک نیازی به ایجاد نمونه ای از کلاس نیست . این تفاوت اساسی بین متغیرها و متدهای استاتیک (کلاس) و متغیرها و متدهای غیراستاتیک (نمونه) است. یک نکته مهم فراموش نکنید که اعضای ثابت کلاس مستقیماً متعلق به کلاس هستند، نه هیچ نمونه ای از کلاس. یعنی مقدار متغیر استاتیک برای همه اشیا countیکسان خواهد بود . Counterدر این مقاله، جنبه‌های اساسی استفاده از اصلاح‌کننده استاتیک در جاوا و همچنین برخی از ویژگی‌هایی که به شما در درک مفاهیم کلیدی برنامه‌نویسی کمک می‌کنند، بررسی خواهیم کرد.

آنچه هر برنامه نویسی باید در مورد اصلاح کننده استاتیک در جاوا بداند.

در این بخش به جنبه های اصلی استفاده از روش ها، فیلدها و کلاس های استاتیک می پردازیم. بیایید با متغیرها شروع کنیم.

1. شما نمی توانید به اعضای غیر ایستا یک کلاس در یک زمینه ایستا، مانند یک متد یا بلوک استاتیک دسترسی پیدا کنید. کامپایل کد زیر با خطا مواجه می شود:

   public class Counter {
   private int count;
   public static void main(String args []) {
      System.out.println(count); //  Compile time error
   }
   }

   این یکی از رایج ترین اشتباهات برنامه نویسان جاوا، به خصوص تازه کارها است. از آنجایی که mainروش ثابت است و countمتغیر نیست، استفاده از printlnمتد داخل mainمتد باعث ایجاد "خطای زمان کامپایل" می شود.

2. thread safeبرخلاف متغیرهای محلی، فیلدها و متدهای استاتیک در جاوا نیستند . در عمل، این یکی از شایع ترین علل مشکلات امنیتی در برنامه نویسی چند رشته ای است. با توجه به اینکه هر نمونه از یک کلاس به یک کپی از یک متغیر استاتیک ارجاع می دهد، چنین متغیری باید توسط کلاس محافظت یا "قفل" شود. بنابراین، هنگام استفاده از متغیرهای استاتیک، از درست بودن آنها اطمینان حاصل کنید synchronizedتا از مشکلاتی مانند race conditions.

3. روش های استاتیک یک مزیت عملی دارند زیرا نیازی به ایجاد یک شی جدید در هر بار فراخوانی آنها نیست. یک متد استاتیک را می توان با استفاده از نام کلاسی که آن را اعلام می کند فراخوانی کرد. به همین دلیل این روش ها برای factoryروش ها و utilityروش ها عالی هستند. کلاس java.lang.Mathمثال فوق العاده ای است: تقریباً تمام متدهای آن ثابت هستند. کلاس های کاربردی جاوا finalبه همین دلیل علامت گذاری شده اند.

4. نکته مهم دیگر این است که نمی توانید @Overrideروش های استاتیک ( ) را نادیده بگیرید. اگر چنین متدی را در یک اعلان کنید subclass، یعنی متدی با همان نام و امضا، فقط متد the را superclassبه جای رد کردن آن، "پنهان" می‌کنید. این پدیده به نام شناخته می شود method hiding. این بدان معناست که اگر یک متد استاتیک در هر دو کلاس والد و فرزند اعلام شود، متد فراخوانی شده همیشه بر اساس نوع متغیر در زمان کامپایل خواهد بود. بر خلاف روش overriding، چنین متدهایی هنگام اجرای برنامه اجرا نمی شوند. بیایید یک مثال را در نظر بگیریم:

   class Vehicle {
        public static void kmToMiles(int km) {
             System.out.println("Inside the parent class / static method");
        }
   }
   
   class Car extends Vehicle {
        public static void kmToMiles(int km) {
             System.out.println("Inside the child class / static method");
        }
   }
   
   public class Demo {
      public static void main(String args []) {
         Vehicle v = new Car();
          v.kmToMiles(10);
     }
   }

   خروجی کنسول:

   در داخل کلاس والد / متد استاتیک

   کد به وضوح نشان می دهد که علیرغم اینکه شیء a است Car، متد استاتیک در Vehicleکلاس فراخوانی می شود، زیرا متد در زمان کامپایل فراخوانی شده است. و توجه داشته باشید که هیچ خطای کامپایل وجود ندارد!

5. علاوه بر این، به غیر از کلاس های سطح بالا، می توانید کلاس ها را ثابت اعلام کنید. چنین کلاس هایی به نام شناخته می شوند nested static classes. آنها برای ایجاد انسجام بهتر مفید هستند. یک مثال قابل توجه از کلاس استاتیک تو در تو است HashMap.Entryکه یک ساختار داده در داخل است HashMap. شایان ذکر است که مانند کلاس های داخلی، کلاس های تو در تو استاتیک در یک فایل .class جداگانه اعلان می شوند. بنابراین، اگر پنج کلاس تودرتو در کلاس اصلی خود اعلام کنید، 6 فایل با پسوند .class خواهید داشت. مثال دیگر اعلان خودمان است Comparator، مانند یک مقایسه کننده سنی ( AgeComparator) در Employeeکلاس.

6. اصلاح کننده استاتیک را می توان در یک بلوک استاتیک نیز مشخص کرد، که بیشتر به عنوان "بلوک اولیه سازی استاتیک" شناخته می شود، که هنگام بارگیری کلاس اجرا می شود. اگر چنین بلوکی را اعلان نکنید، جاوا تمام فیلدهای استاتیک را در یک لیست واحد جمع آوری می کند و هنگام بارگیری کلاس، آنها را مقداردهی اولیه می کند. یک بلوک ایستا نمی تواند استثناهای علامت زده شده را پرتاب کند، اما می تواند موارد بدون علامت را پرتاب کند. در این صورت یک ExceptionInInitializerErrorاتفاق رخ می دهد. در عمل، هر استثنایی که در زمان اولیه سازی فیلدهای استاتیک رخ دهد، توسط جاوا در این خطا قرار می گیرد. این نیز شایع‌ترین علت این است NoClassDefFoundError، زیرا کلاس در هنگام ارجاع در حافظه نخواهد بود.

7. دانستن این نکته مفید است که متدهای استاتیک در زمان کامپایل پیوند داده می‌شوند، بر خلاف پیوند روش‌های مجازی یا غیراستاتیک، که در زمان اجرا و هنگام فراخوانی یک شی واقعی، پیوند داده می‌شوند. بر این اساس، روش‌های استاتیک را نمی‌توان در جاوا نادیده گرفت، زیرا پلی‌مورفیسم در زمان اجرا برای آنها اعمال نمی‌شود. این یک محدودیت مهم است که باید در هنگام اعلام یک روش ثابت در نظر گرفت. انجام این کار تنها زمانی معنا پیدا می کند که توانایی یا نیازی به لغو روش در یک زیر کلاس وجود نداشته باشد. روش های کارخانه و روش های کاربردی نمونه های خوبی از استفاده صحیح از اصلاح کننده استاتیک هستند. Joshua Bloch در کتاب Effective Java که خواندن آن برای هر برنامه نویس جاوا اجباری است، به چندین مزیت روش کارخانه ایستا نسبت به سازنده ها اشاره می کند.

8. مقداردهی اولیه یک جنبه مهم از یک بلوک استاتیک است. فیلدها یا متغیرهای استاتیک پس از بارگیری کلاس در حافظه مقداردهی اولیه می شوند. ترتیب مقداردهی اولیه از بالا به پایین است، به همان ترتیبی که در فایل منبع کلاس جاوا اعلان می شوند. از آنجایی که فیلدهای استاتیک به روشی ایمن برای نخ مقداردهی می شوند، از این فرآیند برای پیاده سازی Singletonالگو نیز استفاده می شود. Enumاگر به دلایلی از یک به عنوان یک استفاده نمی کنید Singleton، جایگزین خوبی دارید. اما در این مورد، باید در نظر داشته باشید که این یک مقداردهی اولیه "تنبل" نیست. این بدان معنی است که فیلد استاتیک حتی قبل از اینکه کسی آن را بخواهد مقداردهی اولیه می شود. اگر یک شی دارای منابع سنگین است یا به ندرت استفاده می شود، مقداردهی اولیه آن در یک بلوک استاتیک به نفع شما کار نخواهد کرد.

9. در طول سریال سازی، فیلدهای استاتیک، مانند transientمتغیرها، سریالی نمی شوند. در واقع، اگر هر داده ای را در یک فیلد ثابت ذخیره کنید، پس از جداسازی، مقدار اولیه (پیش‌فرض) آن را خواهد داشت. به عنوان مثال، اگر یک فیلد استاتیک یک باشد int، مقدار آن پس از deserialization صفر خواهد بود. اگر نوع آن باشد float، مقدار 0.0 خواهد بود. اگر فیلد یک باشد Object، مقدار آن خواهد بود null. صادقانه بگویم، این یکی از متداول ترین سوالاتی است که در مورد سریال سازی در مصاحبه ها برای موقعیت های جاوا پرسیده می شود. داده های اشیاء ضروری را در یک فیلد ثابت ذخیره نکنید!

10. در نهایت، اجازه دهید در مورد واردات استاتیک صحبت کنیم. این اصلاح‌کننده شباهت‌های زیادی با importدستور استاندارد دارد، اما از این جهت متفاوت است که به شما امکان می‌دهد یک یا همه اعضای کلاس استاتیک را منتقل کنید. هنگامی که متدهای استاتیک وارد می شوند، می توان به آنها دسترسی پیدا کرد که گویی در همان کلاس تعریف شده اند. به همین ترتیب، با وارد کردن فیلدهای ثابت، می توانیم بدون تعیین نام کلاس به آنها دسترسی داشته باشیم. این ویژگی در جاوا 1.5 ظاهر شد و خوانایی کد را در صورت استفاده صحیح بهبود می بخشد. این ساختار اغلب در تست‌های JUnit یافت می‌شود، زیرا تقریباً همه توسعه‌دهندگان تست از import static برای روش‌های ادعا استفاده می‌کنند، به عنوان مثال assertEquals()و انواع بارگذاری‌شده آن‌ها.

11. فعلاً همین است. هر برنامه نویس جاوا باید تمام جنبه های اصلاح کننده استاتیک که در بالا ذکر شد را بداند. این مقاله اطلاعات اولیه در مورد متغیرهای استاتیک، فیلدها، روش ها، بلوک های اولیه و واردات را بررسی می کند. همچنین برخی از ویژگی‌های مهمی را که دانستن آنها برای نوشتن و درک برنامه‌های جاوا ضروری است، لمس کرد. من امیدوارم که هر توسعه‌دهنده‌ای استفاده ماهرانه خود از اعضای ثابت را کامل کند، زیرا این برای توسعه نرم‌افزار جدی بسیار مهم است."