static trong Java: thuộc tính và phương thức static

Thuộc về lớp, không thuộc về đối tượng

Phần lớn các thuộc tính và phương thức bạn viết đến giờ đều thuộc về đối tượng: mỗi lần bạn gọi new, mỗi instance có bản sao thuộc tính riêng, và các phương thức chạy trên trạng thái của chính đối tượng đó. Từ khóa static đảo ngược điều này. Một thành viên static thuộc về chính lớp: chỉ có một bản sao, dùng chung cho mọi instance, và nó tồn tại dù bạn có tạo đối tượng nào hay không.

Chỉ một khác biệt đó giải thích được thuộc tính static, phương thức static, hằng số, và cả lý do main luôn là static.

Thuộc tính static dùng chung

Thuộc tính không static cho mỗi đối tượng một ô riêng. Thuộc tính static cho lớp một ô duy nhất mà ai cũng dùng chung. Ví dụ kinh điển là một biến đếm theo dõi số đối tượng đã được tạo:

class User {
    static int count = 0;     // one shared slot for the whole class
    String name;              // one per object

    User(String name) {
        this.name = name;
        count++;              // bump the shared counter on every construction
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new User("Ada");
        new User("Linus");
        new User("Grace");

        System.out.println("users created: " + User.count);
    }
}

Để ý rằng bạn đọc biến đếm là User.count, thông qua tên lớp, vì giá trị này không thuộc về một User nào cả. Ngược lại, mỗi name nằm bên trong đối tượng của riêng nó. Thay đổi count qua bất kỳ instance nào thì mọi instance đều thấy giá trị mới, vì chỉ có một bản duy nhất.

Phương thức static

Phương thức static cũng thuộc về lớp, nên bạn gọi nó trên lớp mà không cần đối tượng:

class MathUtils {
    static int square(int x) {
        return x * x;
    }

    static int max(int a, int b) {
        return a > b ? a : b;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MathUtils.square(7));
        System.out.println(MathUtils.max(3, 9));
    }
}

Đây chính là mẫu đằng sau thư viện chuẩn: Math.max, Integer.parseInt, Arrays.sort và List.of đều là static, những hành vi tiện ích không cần đối tượng nào để hoạt động. Hãy dùng phương thức static khi công việc chỉ phụ thuộc vào đối số, không phụ thuộc vào trạng thái riêng của đối tượng.

Bẫy lớn: static không nhìn thấy instance

Phương thức static chạy mà không có đối tượng nào, nên không có this. Điều đó có nghĩa là nó không thể truy cập trực tiếp thuộc tính instance hay gọi phương thức instance, vì không có đối tượng cụ thể nào để đọc. Đây là lỗi phổ biến nhất của người mới khi dùng static:

class Account {
    int balance = 100;          // instance field

    static int show() {
        return balance;         // COMPILE ERROR: non-static field 'balance'
    }                           // cannot be referenced from a static context
}

Cách sửa là biến phương thức thành phương thức instance (bỏ static để nó có this), hoặc truyền đối tượng vào một cách tường minh:

class Account {
    int balance = 100;

    static int show(Account a) {     // take the object as a parameter
        return a.balance;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account a = new Account();
        System.out.println(Account.show(a));
    }
}

Chiều ngược lại thì không sao: một phương thức instance có thể thoải mái đọc thuộc tính static và gọi phương thức static, vì dữ liệu dùng chung ở cấp lớp luôn tồn tại.

Hằng số với static final

Kết hợp static với final là bạn có một hằng số: một giá trị dùng chung không bao giờ thay đổi được. Theo quy ước, hằng số được đặt tên bằng UPPER_SNAKE_CASE:

class Circle {
    static final double PI = 3.14159265;

    double radius;

    Circle(double radius) { this.radius = radius; }

    double area() {
        return PI * radius * radius;   // instance method using a static constant
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf("%.2f%n", new Circle(2).area());
    }
}

static final là cách viết chuẩn mực để diễn đạt "một giá trị cố định thuộc về kiểu", như Integer.MAX_VALUE hay Math.PI trong thư viện chuẩn. Đặt static nghĩa là bạn không lãng phí một bản sao cho mỗi đối tượng; đặt final nghĩa là không ai gán lại được.

Khối khởi tạo static

Một thuộc tính static đơn giản có thể được khởi tạo ngay tại chỗ. Khi việc thiết lập cần logic thật sự, như tạo bảng tra cứu bằng HashMap hay đọc cấu hình, hãy dùng một khối static. Nó chạy một lần, khi lớp được nạp lần đầu, trước khi có bất kỳ đối tượng nào:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class Roman {
    static final Map<Character, Integer> VALUES = new HashMap<>();

    static {                       // runs once, at class load time
        VALUES.put('I', 1);
        VALUES.put('V', 5);
        VALUES.put('X', 10);
        VALUES.put('L', 50);
    }

    static int valueOf(char c) {
        return VALUES.get(c);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Roman.valueOf('X') + Roman.valueOf('I'));
    }
}

Khối này chỉ chạy một lần dù bạn dùng lớp bao nhiêu lần, nên đây là nơi phù hợp cho việc thiết lập một lần, áp dụng cho cả lớp.

Khi nào nên dùng static

Một quy tắc nhanh:

• Chỉ dùng thuộc tính static cho dữ liệu thật sự dùng chung giữa mọi instance: biến đếm, bộ nhớ đệm, hằng số. Nếu hai đối tượng có thể hợp lý giữ hai giá trị khác nhau, nó nên là thuộc tính instance.
• Dùng phương thức static khi kết quả chỉ phụ thuộc vào đối số, không phụ thuộc vào trạng thái của đối tượng nào (các hàm tiện ích thuần túy).
• Mặc định hãy dùng thành viên instance. Lạm dụng static sẽ âm thầm biến chương trình của bạn thành một đống trạng thái toàn cục, khó kiểm thử và khó suy luận. static là ngoại lệ, không phải điểm xuất phát.

Tiếp theo: enum

Một hằng số static final ổn cho một giá trị cố định, nhưng khi bạn có một tập hợp nhỏ, cố định các giá trị liên quan, như hướng đi, các ngày trong tuần, trạng thái đơn hàng, Java có một kiểu được thiết kế riêng, an toàn và giàu biểu đạt hơn các hằng số rời rạc. Đó là enum, nội dung của trang tiếp theo.