6.3    Eine für alle – statische Methoden und Klassenvariablen 

Objektvariablen sind eng mit ihrem Objekt verbunden. Wird ein Objekt geschaffen, erhält es einen eigenen Satz von Exemplarvariablen, die zusammen den Zustand des Objekts repräsentieren. Ändert eine Objektmethode den Wert einer Exemplarvariablen in einem Objekt, so hat dies keine Auswirkungen auf die Daten der anderen Objekte; jedes Objekt speichert eine individuelle Belegung. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen Eigenschaften oder Methoden nicht direkt einem individuellen Objekt zugeordnet werden, sondern mit der Klasse, dem »Bauplan« der Objekte.

Diese Art von Zugehörigkeit unterstützt Java durch statische Eigenschaften. Da sie zu keinem Objekt gehören (wie Objekteigenschaften), nennen wir sie auch Klasseneigenschaften. Es gibt statische Methoden und statische Variablen – ein paar sind uns schon über den Weg gelaufen.

Tabelle 6.4     Beispiele für statische Methoden und statische Variablen

Diese genannten Eigenschaften sind keinem konkreten Objekt zugeordnet, sondern vielmehr der Klasse. Die Sinus-Methode ist ein Beispiel für eine statische Methode der Math-Klasse, und MAX_VALUE ist eine Klassenvariable der Klasse Integer und out eine Klassenvariable der Klasse System. Alle diese Eigenschaften sind nicht an ein individuelles Objekt gebunden, sondern sozusagen »objektübergreifend«.

 

6.3.1    Warum statische Eigenschaften sinnvoll sind 

Statische Eigenschaften haben gegenüber Objekteigenschaften den Vorteil, dass sie im Programm ausdrücken, keinen Zustand vom Objekt zu nutzen. Betrachten wir noch einmal die statischen Methoden aus der Klasse Math. Wenn sie Objektmethoden wären, so würden sie in der Regel mit einem Objektzustand arbeiten. Die statischen Methoden hätten keine Parameter und nähmen ihre Arbeitswerte nicht aus den Argumenten, sondern aus dem internen Zustand des Objekts. Das macht aber keine Math-Methode. Um den Sinus eines Winkels zu berechnen, benötigen wir kein spezifisches Matheobjekt. Andersherum könnte eine Methode wie setPrice(int) einer Süßigkeit nichtstatisch sein, da Preise ganz individuell für jede Süßigkeit gesetzt werden sollen und auf keinen Fall alle Süßigkeiten immer den gleichen Preis haben werden.

Statische Methoden sind aus diesem Grund häufiger als statische Variablen, da sie ihre Arbeitswerte ausschließlich aus den Parametern ziehen. Statische Variablen werden in erster Linie als Konstanten verwendet.

 

6.3.2    Statische Eigenschaften mit static 

Um statische Eigenschaften in Java umzusetzen, fügen wir vor der Deklaration einer Variablen oder einer Methode das Schlüsselwort static hinzu. Für den Zugriff verwenden wir statt der Referenzvariablen einfach den Klassennamen. Deklarieren wir eine statische Methode und eine statische Variable für eine neue Klasse City.

• Die Konstante KANDY_HERSHEY_DISTANCE steht für den Abstand von zwei Städten.

• Die Methode distance(…) liefert den Abstand von zwei Städten zurück, die durch ihren Städtenamen gegeben sind:

Listing 6.22     src/main/java/com/tutego/insel/game/c/v8/City.java, Ausschnitt

public class City {

 

  public static int KANDY_HERSHEY_DISTANCE = 124;

 

  public String name;

 

  public static int distance( String cityName1, String cityName2 ) {

    if ( cityName1.equalsIgnoreCase( cityName2 )) return 0;

    if ( (cityName1.equalsIgnoreCase( "kandy" ) &&

          cityName2.equalsIgnoreCase( "hershey" )) ||

         (cityName1.equalsIgnoreCase( "hershey" ) &&

          cityName2.equalsIgnoreCase( "kandy" )) )

      return KANDY_HERSHEY_DISTANCE;

    return -1;

  }

}

Abbildung 6.9     Statische Eigenschaften werden in der UML unterstrichen.

Die statischen Eigenschaften werden mit dem Klassennamen City angesprochen:

Listing 6.23     src/main/java/com/tutego/insel/game/c/v8/Application.java, Ausschnitt

System.out.println( City.KANDY_HERSHEY_DISTANCE );             // 124

City.KANDY_HERSHEY_DISTANCE = 120;

System.out.println( City.KANDY_HERSHEY_DISTANCE );             // 120

System.out.println( City.distance( "Kandy", "Hershey" ) );     // 120

System.out.println( City.distance( "Neijiangs", "hershey" ) ); // -1

System.out.println( City.distance( "kandy", "kandy" ) );       // 0

  IntelliJ und Eclipse stellen statische Eigenschaften standardmäßig kursiv dar.

Gültigkeitsbereich, Sichtbarkeit und Lebensdauer

Bei statischen und nichtstatischen Variablen können wir deutliche Unterschiede in der Lebensdauer festmachen. Eine Objektvariable beginnt ihr Leben mit dem new, und sie endet mit der automatischen Speicherbereinigung, dem Garbage-Collector. Eine statische Variable dagegen beginnt ihr Leben in dem Moment, in dem die Laufzeitumgebung die Klasse lädt und initialisiert. Das Leben der statischen Variablen endet, wenn die JVM die Klasse entfernt und aufräumt. Der Zugriff auf statische Variablen ist immer in allen Blöcken gestattet, da ja auch in Objektmethoden die statische Variable »schon eher da war« als das Objekt selbst, denn ein new setzt ja die geladene Klassendefinition, die die statischen Variablen vorbereitet, voraus. Durch statische Variablen können schnell Speicherprobleme entstehen, wenn Entwickler vergessen, dass sie große Objektbäume referenzieren. Und die bleiben so lange im Speicher wie die Klasse selbst – das kann bis zum Ende der Anwendung sein.

 

6.3.3    Statische Eigenschaften über Referenzen nutzen? * 

Besitzt eine Klasse eine Klasseneigenschaft, so kann sie auch wie eine Objektvariable über die Referenz angesprochen werden. Dies bedeutet, dass es prinzipiell zwei Möglichkeiten gibt, wenn ein Objektexemplar existiert und die Klasse eine Klassenvariable hat. Bleiben wir bei unserem obigen Beispiel mit der Klasse City. Wir können für den Zugriff auf KANDY_HERSHEY_DISTANCE Folgendes schreiben:

System.out.println( City.KANDY_HERSHEY_DISTANCE );    // gut

City kandy = new City();

System.out.println( kandy.KANDY_HERSHEY_DISTANCE );   // schlecht

Zugriffe auf statische Eigenschaften sollten wir nie über die Objektreferenz schreiben, denn Lesern ist sonst nicht klar, ob die Eigenschaft statisch oder nichtstatisch ist. Das zu wissen ist aber wichtig. Aus diesem Grund sollten wir statische Eigenschaften immer über ihren Klassennamen ansprechen.

System.out.println( ((City) null).KANDY_HERSHEY_DISTANCE );

  IntelliJ und Eclipse geben eine Meldung aus, wenn statische Eigenschaften über eine Referenz angesprochen werden, und bieten ein Refactoring an.

 

6.3.4    Warum die Groß- und Kleinschreibung wichtig ist * 

Die Vorgabe der Namenskonvention besagt: Klassennamen sind mit Großbuchstaben zu vergeben und Variablen-/Methodennamen mit Kleinbuchstaben (sofern die Variable keine Konstante beschreibt). Treffen wir auf eine Anweisung wie Math.random(), so wissen wir sofort, dass random() eine statische Methode sein muss, weil davor ein Bezeichner steht, der großgeschrieben ist. Dieser kennzeichnet also keine Referenz, sondern einen Klassennamen. Daher sollten wir in unseren Programmen großgeschriebene Objektnamen meiden.

Das folgende Beispiel demonstriert anschaulich, warum Referenzvariablen mit Kleinbuchstaben und Klassennamen mit Großbuchstaben beginnen sollten:

String StringModifier = "What is the Matrix?";

String t = StringModifier.trim();

Die trim()-Methode ist nichtstatisch, wie die Anweisung durch die Großschreibung der Variablen suggeriert.

Das gleiche Problem haben wir, wenn wir Klassen mit Kleinbuchstaben benennen. Auch dies kann irritieren:

class city {

  static void distance() { }

}

Jetzt könnte jemand city.distance() schreiben, und der Leser nähme an, dass city wegen seiner Kleinschreibung eine Referenzvariable wäre und distance() eine Objektmethode. Wir sehen an diesem Beispiel, dass es wichtig ist, sich an die Groß-/Kleinschreibung zu halten.

 

6.3.5    Statische Variablen zum Datenaustausch * 

Die Belegung einer statischen Variablen wird bei dem Klassenobjekt gespeichert und nicht bei einem Exemplar der Klasse. Wie wir aber gesehen haben, kann jedes Exemplar einer Klasse auch auf die statischen Variablen der Klasse zugreifen. Da eine statische Variable aber nur einmal pro Klasse vorliegt, führt dies dazu, dass mehrere Objekte sich eine Variable teilen.

Mit diesem Wissen wird es möglich, einen Austausch von Informationen über die Objektgrenze hinaus zu erlauben. Wir wollen das in einem Beispiel nutzen, in dem der Konstruktor die Anzahl der erzeugten Objekte mitzählt; eine statische Methode liefert später die bis dahin gebauten Exemplare:

Listing 6.24     src/main/java/com/tutego/insel/oop/Rollercoaster.java, Ausschnitt

public class Rollercoaster {



  private static int numberOfInstances;



  {

    numberOfInstances++;

  }



  public static int getNumberOfInstances() {

    return numberOfInstances;

  }



  public static void main( String[] args ) {

    new Rollercoaster();

    new Rollercoaster();



    System.out.println( Rollercoaster.getNumberOfInstances() ); // 2

  }

}

Die statische Variable numberOfInstances wird bei jedem neuen Exemplar über den Konstruktor hochgesetzt. Direkt ausgeschrieben ist der Konstruktor nicht, sondern es findet ein Exemplarinitialisierer Anwendung (siehe dazu Abschnitt 6.6.1, »Initialisierung von Objektvariablen«), da der Compiler den Code automatisch in jeden Konstruktor kopiert. Das hat den Vorteil, dass Entwickler später problemlos neue Konstruktoren für den Rollercoaster hinzufügen können, ohne das Inkrement der statischen Variablen immer im Hinterkopf behalten zu müssen.

[»]  Hinweis

Bei nebenläufigen Zugriffen auf statische Variablen kann es zu Problemen kommen. Deshalb müssen wir spezielle Synchronisationsmechanismen nutzen – die das Beispiel allerdings nicht verwendet. Statische Referenzvariablen können auch schnell zu Speicherproblemen führen, da sie Objekte unbedacht sehr lange halten können. Der Einsatz muss wohldurchdacht sein.

Abbildung 6.10     Synchronisation tut not – besser nicht einfach gleichzeitig zupacken

 

6.3.6    Statische Eigenschaften und Objekteigenschaften * 

Wie wir oben gesehen haben, können wir über eine Objektreferenz auch statische Eigenschaften nutzen. Wir wollen uns aber noch einmal vergewissern, wie Objekteigenschaften und statische Eigenschaften gemischt werden können. Erinnern wir uns daran, dass unsere ersten Programme aus der statischen main(…)-Methode bestanden, aber unsere anderen Methoden auch static sein mussten. Dies ist sinnvoll, da eine statische Methode – ohne explizite Angabe eines aufrufenden Objekts – nur andere statische Methoden aufrufen kann. Wie sollte auch eine statische Methode eine Objektmethode aufrufen können, wenn es kein zugehöriges Objekt gibt? Andersherum kann aber jede Objektmethode eine beliebige statische Methode direkt aufrufen. Genauso verhält es sich mit Objektvariablen. Eine statische Methode kann keine eigenen Objektvariablen ansprechen, da es kein implizites Objekt gibt, auf dessen Eigenschaften zugegriffen werden könnte.

this-Referenzen und statische Eigenschaften

Auch der Einsatz der this-Referenz ist bei statischen Eigenschaften nicht möglich.[ 150 ](Das gleiche gilt im Übrigen auch für die super-Referenz; das allerdings ist erst Thema in Kapitel 7. ) Eine statische Methode kann also keine this-Referenz verwenden; auf welches Objekt sollte this auch zeigen?

Listing 6.25     src/main/java/com/tutego/insel/oop/InStaticNoThis.java, Ausschnitt

class InStaticNoThis {



  String name;



  void printName() {

    System.out.println( name );

  }

 

  public static void main( String[] args ) {

    name = "Amanda";  //  Cannot make a static reference to the non-static field name

    printName();  //  Cannot make a static reference to the non-static method

                  // printName() from the type InStaticNoThis

    System.out.println( this ); //  Cannot use this in a static context

  }

}

Auch im statischen Initialisierungsblock (siehe dazu Abschnitt 6.6.2, »Statische Blöcke als Klasseninitialisierer«) ist this nicht erlaubt.