关于Java中成员变量初始化和内存机制

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大虾很忙
2017.02.18 11:30* 字数 1636

昨天谈了Java中成员变量的一些特点,知道了它的生存周期比局部变量长,但对成员变量如何初始化和其内部的运行却还没有说清楚。那么这篇文章主要解决的问题有:

  1. 成员变量是如何初始化的?
  2. 它在内存中是如何运行的?
  3. 对比局部变量有什么不同?
  4. 我们要如何正确使用变量?

我们先来看第一个问题
当系统加载类或者创建类的实例时,此时系统便自动为成员变量分配空间,并在分配空间后自动为成员变量指定初始化值

看如下几行代码:
public static int weight;
public String name;
SongKe sk1 = new SongKe();
SongKe sk2 = new SongKe();
sk1.name="黑妞";
sk1.name="白妞";
sk1.weight=60;
sk2.weight=70;
当程序第一次new SongKe()时,系统通常会在第一次使用SongKe类是加载这个类同时初始化。在类的准备阶段,系统会为该类的类变量(成员变量)分配内存空间,并指定默认初始化值。此时系统内的存储情况如下图所示:

初始化SongKe类后的存储示意图.jpg

从图中可以看到,当SongKe类初始化完成后,系统将在堆内存中为其分配一块内存区里面包含weight类变量的内存,并将其默认值设为0。

接着系统把创建的SongKe对象赋值给了变量sk1,由于SongKe对象里面包含了实例变量name(实例变量可以在创建实例时分配到内存空间并指定内存值),所以当创建第一个对象后内存示意图如下:

创建第一个对象后的存储示意图

从图中可以看到类变量weight并不属于SongKe对象,它是属于SongKe类的,所以创建对象的时候不需要为weight分配内存,系统只是为name分配的内存空间并指定默认初始值为:null。

其实这里已经谈到了第二个问题,成员变量的内存机制,即类变量与实例变量分开存储,首先创建类变量,然后创建对象时为实例变量分配内存空间并赋值。

然后我们来到SongKe sk2 = new SongKe();这行代码。此时创建了第二个对象,此时因为SongKe类已经在内存中创建了,所以不用再需要为SongKe类进行初始化了。当sk1 = “白妞”;时,将为sk1的name实例变量赋值,此时内存图如下

为第一个对象的实例变量赋值后的存储示意图.jpg

从图中可以看到,name的实例变量属于单个SongKe实例的,因此修改第一个对象的变量时仅仅只与该对象有关。同理修改第二个对象的时候也与SongKe类和其它对象没有关系。

当执行到sk1.weight=60;时,此时通过SongKe对象来修改它的类变量,从图中也可以看出SongKe这个对象没有保存weight这个变量,通过sk1访问类变量weight其实还是由SongKe类来访问类变量,修改类变量后示意图如下:

设置sk1的类变量weight之后的存储示意图.jpg

从图中可以看出,不管任何实例访问类变量weight,本质上是通过SongKe类来访问weight类变量,它们访问的都是同一块内存区域。
至此成员的变量的内存机制已经分析完,但要注意的是,当程序需要访问类变量时,尽量使用类作为主调,而不要使用对象主调,这样可以避免程序产生歧义,提高程序的可读性。

接下来我们来看第三个问题:对比局部变量有什么不同?
局部变量与成员变量不同,它不属于任何类或者实例,因此总是保存在其所在的方法的栈内存中。另外,栈内存中的变量无需系统垃圾回收,往往随方法或代码块的运行结束而结束。因此局部变量的范围是从初始化该变量开始的,知道该方法或该代码块运行完成而结束,同时它占用的内存区通常较小。

了解成员和局部变量的区别后,心里肯定还有这样的疑问:到底在什么时候用成员变量或者局部变量了?
如果从程序的运行结果来看,大部分时候都可以直接使用类变量或实例变量来解决问题。但实际上这种用法是不太好的,因为当定义一个成员变量的时候,它将被放在堆内存中同时其作用域也将扩大到类存在范围或对象存在范围。这也会直接造成更大的内存开销、出现卡顿,同时不利于提高程序的内聚性(模块之间功能强度的度量,内聚性越高程序的独立性也就越强)。
下面举出几种优先使用成员变量的情况:

  1. 定义的变量是用于描述某个类或某个对象的固有信息时,比如人的姓名和年龄等信息,它每个人都具有的信息所以可以被定义成成员变量。
  2. 如果在某个类中需要一个变量来保存该类或者实例运行时的状态信息。
  3. 如果某个信息需要在某个类的多个方法之间进行运行共享。

根据局部变量的特点,在使用它是应该尽可能缩小局部变量的作用范围,局部变量的作用范围越短,它在内存中停留的时间也就越短,程序的运行性能就越好。所以,能使用代码块局部变量的地方,就坚决不使用方法局部变量。
说了这么多,关于变量的使用还是要多实践多敲代码,才能进一步深刻理解其含义,就会发现Java语言设计者的巧妙构思,祝你在Java的大海中遨游愉快。

笔记
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