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在java中使用循环定义会出现哪些问题？

马嘉楠 — Thu, 19 Oct 2006 02:58:00 GMT

在Java中使用循环定义会出现哪些问题

马嘉楠 2006-10-19

在上一篇文章《 inconstant constants ( 变化无常的常量 ) 》的基础上,我们再来研究一下在 Java 中使用循环定义会出现哪些问题。

老规矩，代码伺候 ^+^

例1：

public class ClassX{
   public static final intX = 2* ClassY.Y;
}

public class ClassY{
   public static final intY =ClassZ.Z+ 1 ;
}

public class ClassZ extends ClassX{
   public static final int Z= X + 3 ;
}

public class ClassTest{
   public static void main(String[] args){
      System.out.println(ClassX.X + ClassY.Y + ClassZ.Z);
   }
}

代码中的static final变量X，Y，Z，循环定义。

你可以先想一下，这个值会是多少？看看与实际结果是否一致。

输出结果：

现在对ClassTest.java进行一点修改，如下：

例2：

public class ClassTest{
   public staticvoid main(String[] args){
      System.out.println(ClassZ.Z + ClassY.Y + ClassX.X);
   }
}

两次的输出结果会一样么？
我既然这么问了，你肯定会说不一样，那你知道原因么？你知道这次的输出结果么？
可以先思考一下。

输出结果：

让我来告诉你这是怎么回事。

我们可以看见，对于三个staitc final 变量 X，Y，Z，他们的初始化表达式是循环定义的。在编译期间不能确定它们的值，所以它们是运行期间常量( runtime constants )，编译器不会进行常量替换。
而且每个表达式的计算将会依赖于类装载的顺序。

例如，为了计算出例1中的 ClassTest 结果，我们可以预见，ClassX 是第一个被装载的类，但是第一个完成初始化的类却是 ClassZ.

让我们一步一步看看都发生了什么。

1.   X = 2 * ClassY.Y;      计算X，需要知道ClassY.Y的值，下一步计算Y值
2.   Y = ClassZ.Z + 1;      计算Y，需要知道ClassZ.Z的值，下一步计算Z值
3.   Z = X + 3;                计算Z，需要知道X的值，而此时X的值还没有被计算出来(又转回来了，居然是个圈，呵呵^+^)，所以我们使用X的默认值0。

因此：
      Z = 3;
      Y = 4;
      X = 8;

所以 ClassX.X + ClassY.Y + ClassZ.Z = 15

例2当中，也是同一道理
不同的是，ClassZ是第一个被装载的类，ClassX是第一个完成初始化的类
1. Z = X + 3;
2. X = 2 * ClassY.Y;
3. Y = ClassZ.Z + 1;(此时使用Z的默认值0)

因此：
      Y = 1;
      X = 2;
      Z = 5;

所以 ClassZ.Z + ClassY.Y + ClassX.X = 8

只是简单的改变的输出顺序，结果却截然不同。哪一个才是你想要得结果呢？

我的例子看起来有点挖空心思钻牛角尖，但是在大型项目当中，也许就会出现与例子当中相同的循环定义，如果真的存在的话，那么在纷繁的代码当中想要发现循环定义可不是件容易的事情。

如果独立看每一个定义的话，似乎都可以进行常量替换，看不出任何问题。但是这样的代码在不久的将来就会引发问题，而且不易被我们所察觉。

在你的应用程序当中不经意的代码改变（例如示例代码中我们只是改变了输出顺序，却产生了截然不同的结果），就会导致不同的类装载顺序和计算顺序，或者在并发的线程调度中，可能也会导致致不同的类装载顺序和计算顺序。不幸的是，大多数编译器不认为这种代码是错误，也不会对编程人员给出任何警告。

我只是讲了一下循环定义会引发的问题，我暂时也想不出什么好的解决办法，只能在编程的过程当中尽量注意啦。

注：有错误请告诉我，非常感谢！

马嘉楠 2006-10-19 10:58 发表评论

inconstant constants（变化无常的常量）

马嘉楠 — Wed, 18 Oct 2006 08:27:00 GMT

                                inconstant constants ( 变化无常的常量 )

                                           马嘉楠                2006-10-18

看到这个题目也许你会感到奇怪，会想我在胡说八道什么，一定又是起个怪异的名字，骗取点击率。还请你耐心看完，如果你有所收获，那么我很高兴；如果你还是觉得上当了，那我继续努力写出点有用的东西，呵呵。

其实我想了很久，也还是不知道起一个什么题目好，就套用了《 The Java Language Specification 》中的一个名词“ inconstant constants”，我把他翻译成“变化无常的常量”

注：部分内容在《使用Java中的final变量需要注意的地方》有提到，不过我转载的原文不够详细深入，这才重新写一下。

我们还是来先看一段代码，由代码引出问题：

public class ClassX {
    public static final int   X   =     2 ;
}

public class ClassTest {
    public static void main(String[] args){
      System.out.println(ClassX.X);
   }
}

输出结果：

2

结果是显而易见的，这里需要说明的是：
根据Java语言规范，对于java中的static final变量，如果用一个在编译期间(complie time)可以计算出结果的表达式进行初始化，则用到此变量的地方会被该表达式的结果所替代。本例中，在编译期间，ClassTest.main() 函数中 ClassX.X 将被2所替代。

此时，在类ClassTest main()中不再有指向ClassX的动态链接，告诉ClassTest在运行的时候从ClassX获得X的值，你可以通过使用javap反编译器帮助你理解。

1. 先编译ClassTest.java文件
javac ClassTest.java
2. 使用javap
javap -c ClassTest

屏幕输出：

Complied from "ClassTest.java"
public class ClassTest extends java.lang.Object{
public ClassTest();
   Code:
      0: aload_0
      1: invokespecial     #1; //Method java/lang/Object." ":()V
      4: return

public static void main(java.lang.String[]);
   Code:
      0: getstatic         #2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      3: iconst_2
      4: invokevirtua      #3; //Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      7: return

}

可以看出，在调用System.out.println()之前，整数2已经被放在JVM的堆栈中，不再有指向ClassX.X的链接。如果此时，改变ClassX.X的值为1,并且重新编译ClassX.X文件，但是并不重新编译ClassTest.java文件，运行ClassTest，输出结果仍然是2.

这么做(常量替换)的一个原因是为了在编译期间检查switch case语句。switch语句中的每一个case都需要一个常量值，而且每两个之间都不能相同，编译器在编译期间将会做检查。

如果用来给static final变量进行初始化的表达式，只能在运行时刻才可以计算出值，那么常量替换就不会发生.例如：

public class ClassX {
public static final int X = new java.util.Random().nextInt();
}

ClassX 改变了，我们再来看一下Main.main():

Complied from "ClassTest.java"
public class ClassTest extends java.lang.Object{
public ClassTest();
   Code:
      0: aload_0
      1: invokespecial      #1; //Method java/lang/Object." ":()V
      4: return

public static void main(java.lang.String[]);
   Code:
      0: getstatic          #2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      3: getstatic          #3; //Field ClassX.X:I
      6: invokevirtual      #4; //Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      9: return

}

此时我们可以看见有个引用指向了Field X。
( 如果把类ClassX改成Interface，仍然会出现上面的结果 )

当然有方法可以使你避免出现"inconstant constants"问题。

第一种方法：
当你要声明一个编译期间常量的时候，一定要保证此变量不会或者不太可能改变，或者尽量少使用声明为static final的变量。当然这只能治标不能治本，所以我推荐使用第二种方法。

第二种方法：
将变量声明为private，同时声明一个方法来获得此变量的值

// ClassX.java修改如下：
public class ClassX {
   private static final int X = 2 ;
   public static int getX(){
      return X;
   }
}

// ClassTest.java修改如下：
public class ClassTest{
   public static void main(String[] args){
      System.out.println(ClassX.getX());
   }
}

此时再改变ClassX.X的值为1，重新编译ClassX.java，而不编译ClassTest，结果就会显示1，而非2。这就避免了"inconstant constants"的问题。

下一篇准备讲一下《在java中使用循环定义会出现哪些问题？》

马嘉楠 2006-10-18 16:27 发表评论

请问：谁有电子版的《java pitfalls》啊？给我一份

马嘉楠 — Tue, 15 Aug 2006 01:20:00 GMT

谁有电子版的《java pitfalls》啊？

请发给我一份，非常感谢！

Email:jianan.ma@gmail.com

马嘉楠 2006-08-15 09:20 发表评论