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深入了解Java方法作用域和生命周期，让你写出更高效的代码，有两下子！

原创

bug菌

发布于 2024-06-26 16:10:33

2480

文章被收录于专栏：滚雪球学Java滚雪球学Java

咦咦咦，各位小可爱，我是你们的好伙伴——bug菌，今天又来给大家普及Java SE相关知识点了，别躲起来啊，听我讲干货还不快点赞，赞多了我就有动力讲得更嗨啦！所以呀，养成先点赞后阅读的好习惯，别被干货淹没了哦~

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前言

在Java开发中，方法是程序的基本构建块之一。在编写Java代码时，必须了解Java方法的作用域和生命周期。这将有助于您更好地编写高效的Java代码。

摘要

本文将深入了解Java方法的作用域和生命周期，包括方法的访问修饰符、方法内部变量的作用域、方法的生命周期等。同时，本文还将通过源代码、方法介绍、测试用例等方式，让您更好地理解Java方法的相关知识。

正文

方法的访问修饰符

Java方法的访问修饰符有public、protected、private和默认四种。

public方法可以被任何类和任何包中的其他代码访问。
protected方法可以被同一包中的代码访问，也可以被不同包中的子类访问。
private方法只能被同一类中的其他方法调用，不能被其他类访问。
默认方法（没有修饰符）只能被同一包中的代码访问。

方法内部变量的作用域

在Java方法内部定义的变量，只能在该方法中使用。这些变量被称为局部变量。局部变量的生命周期从方法开始执行时开始，到方法执行结束时结束。

方法的生命周期

Java方法的生命周期可以分为四个阶段。

编译时方法的编译时阶段，主要是对方法进行语法分析和编译，生成字节码文件。
类加载时当类被加载时，方法也会被加载到内存中。此时，会为方法分配一块栈空间。在方法被调用时，栈空间会被使用，存储方法中定义的局部变量和方法的执行状态。
执行时当方法被调用时，会创建一个新的栈帧（Stack Frame），用于存储方法的局部变量和执行状态。方法执行完毕后，栈帧会被弹出，释放栈空间。
卸载时当类被卸载时，与之关联的方法也会被卸载。此时，方法中使用的内存空间会被释放。

源代码

public class MethodScopeDemo {
    private int privateNumber = 10;
    protected int protectedNumber = 20;
    public int publicNumber = 30;

    public void publicMethod() {
        int localVariable = 100;
        // 在此处可以访问 privateNumber、protectedNumber 和 publicNumber
        // 无法访问其他类中定义的 private 变量
    }

    protected void protectedMethod() {
        int localVariable = 200;
        // 在此处可以访问 protectedNumber 和 publicNumber
        // 无法访问其他类中定义的 private 变量
    }

    private void privateMethod() {
        int localVariable = 300;
        // 在此处可以访问 privateNumber 和 publicNumber
        // 无法访问其他类中定义的 protected 和 private 变量
    }

    void defaultMethod() {
        int localVariable = 400;
        // 在此处可以访问 publicNumber
        // 无法访问其他类中定义的 protected、private 和默认变量
    }
}

接着我将对上述代码进行详细的一个逐句解读，希望能够帮助到同学们，能以更快的速度对其知识点掌握学习，这也是我写此文的初衷，授人以鱼不如授人以渔，只有将其原理摸透，日后应对场景使用，才能得心应手，所以如果有基础的同学，可以略过如下代码分析步骤，然而没基础的同学，还是需要加强对代码的理解，方便你深入理解并掌握其常规使用。

这段Java代码定义了一个名为MethodScopeDemo的类，用于演示Java中方法和变量的作用域（访问控制）。下面是对这段代码的详细解析：

类定义 (public class MethodScopeDemo)：定义了一个名为MethodScopeDemo的公共类。
类变量定义：
- private int privateNumber = 10;：定义了一个私有变量privateNumber，其作用域仅限于MethodScopeDemo类内部。
- protected int protectedNumber = 20;：定义了一个受保护的变量protectedNumber，其作用域可以是同一个包中的其他类或MethodScopeDemo的子类。
- public int publicNumber = 30;：定义了一个公共变量publicNumber，其作用域是最大的，可以被任何其他类访问。
方法定义：
- public void publicMethod()：定义了一个公共方法publicMethod，其作用域可以被任何其他类访问。
- protected void protectedMethod()：定义了一个受保护的方法protectedMethod，其作用域与受保护的变量相同。
- private void privateMethod()：定义了一个私有方法privateMethod，其作用域仅限于MethodScopeDemo类内部。
- void defaultMethod()：定义了一个默认方法defaultMethod（没有指定访问修饰符），其作用域与包私有（package-private）相同，即同一个包中的其他类可以访问。
方法内部变量：
- 在每个方法中，都有一个局部变量localVariable被定义，其作用域仅限于该方法内部。
访问控制注释：
- 注释说明了在每个方法内部可以访问哪些变量。例如，在publicMethod中可以访问所有三个类变量，因为这个方法的作用域大于或等于这些变量的作用域。
方法调用：
- 尽管代码中没有显示方法调用，但通常在类的其他部分或另一个对象上调用这些方法。

代码作用

这段代码演示了Java中不同访问修饰符对变量和方法的作用域的影响。它说明了如何根据需要控制类成员的可见性。

代码执行流程

这个示例代码本身不包含执行流程，因为它只定义了类和方法的结构。要执行这些方法，需要在类的某个地方或另一个类的实例上调用它们。

代码改进

代码可以进一步增加注释来提高代码的可读性，特别是对于初学者来说，明确指出每个变量和方法的作用域是很重要的。

小结

这段代码是一个很好的Java访问控制示例，展示了如何使用不同的访问修饰符来控制类成员的可见性。这是学习Java编程中封装和访问控制概念的基础。

代码方法介绍

publicMethod：公共方法，可以被其他类和其他包中的代码访问。
protectedMethod：保护方法，可以被同一包中的代码访问，也可以被不同包中的子类访问。
privateMethod：私有方法，只能被同一类中的其他方法调用，不能被其他类访问。
defaultMethod：默认方法（没有修饰符），只能被同一包中的代码访问。

测试用例

public class MethodScopeDemoTest {
    @Test
    public void testPublicMethod() {
        MethodScopeDemo demo = new MethodScopeDemo();
        demo.publicMethod();
    }

    @Test
    public void testProtectedMethod() {
        MethodScopeDemo demo = new MethodScopeDemo();
        demo.protectedMethod();
    }

    @Test
    public void testPrivateMethod() {
        MethodScopeDemo demo = new MethodScopeDemo();
        demo.privateMethod();
    }

    @Test
    public void testDefaultMethod() {
        MethodScopeDemo demo = new MethodScopeDemo();
        demo.defaultMethod();
    }
}

这段Java代码看起来是用于测试MethodScopeDemo类中方法的JUnit测试类。然而，代码中有几个问题需要指出：

测试类定义 (public class MethodScopeDemoTest)：定义了一个公共类MethodScopeDemoTest，通常用于包含JUnit测试方法。
JUnit注解 (@Test)：每个测试方法上方的@Test注解告诉JUnit这个方法是测试的一部分，应该被执行。
测试方法：
- testPublicMethod、testProtectedMethod、testPrivateMethod和testDefaultMethod是测试方法，它们尝试调用MethodScopeDemo类的方法。
问题：
- privateMethod和defaultMethod在MethodScopeDemo类中是私有（private）和默认（无修饰符，即包私有）的，这意味着它们不能被同一个包中的其他类之外的任何类访问，包括这个测试类。因此，尝试从MethodScopeDemoTest类中调用这些方法将导致编译错误。
测试方法执行：
- 每个测试方法都创建了MethodScopeDemo类的一个实例，然后尝试调用相应的方法。
- 对于testPublicMethod和testProtectedMethod，如果它们调用的方法是公共（public）或受保护（protected）的，那么这些调用是合法的，并且可以在测试中执行。
预期的测试行为：
- 测试应该验证被调用的方法的行为是否符合预期。这通常涉及到断言（使用assertEquals、assertTrue等）来检查方法的返回值或类的状态。
改进建议：
- 如果privateMethod和defaultMethod需要被测试，考虑将它们改为public或使用JUnit的反射测试私有方法的功能。
- 为测试方法添加断言来验证结果，确保测试不仅仅是执行代码，还验证代码的行为。
示例测试方法：@Test public void testPublicMethod() { MethodScopeDemo demo = new MethodScopeDemo(); // 假设publicMethod有返回值，我们可以使用断言来验证它 int result = demo.publicMethod(); assertEquals(预期值, result); }

小结

这段代码尝试为MethodScopeDemo类编写JUnit测试，但需要解决访问控制的问题，以确保所有测试方法都能正确执行。此外，添加断言来验证测试结果对于创建有效的单元测试是至关重要的。

小结

本文不仅是对Java方法作用域和生命周期的全面解读，更是一次编程思维的深度修炼。通过掌握方法的访问控制和生命周期管理，我们能更高效地编写出结构清晰、性能优良的Java代码。同时，本文也提醒我们，持续学习和实践是精进编程技艺的不二法门。无论是通过阅读专业专栏，还是参与开源项目，每一步的努力都将使我们的技术雪球越滚越大，最终达到指数级的提升。所以，让我们一起在Java的世界里，不断探索，不断前进，迎接每一个技术突破带来的挑战和机遇。

总结

在Java编程的世界里，方法不仅是程序的基本构件，更是我们构建功能模块、实现功能逻辑的核心单元。通过本文的深入剖析，我们了解到Java方法的作用域和生命周期是确保程序正确性与效率的关键因素。

首先，方法的访问修饰符决定了方法的可见性，这直接关系到我们在不同类或包中调用方法的能力。public方法的开放性使得它们可以被任何外部代码访问；protected方法则在保持一定封装性的同时，允许子类访问；private方法的封闭性最强，仅允许在定义它的类内部访问；而没有明确指定修饰符的默认方法，其可见性被限制在了同一个包内。

接着，我们探究了方法内部变量的作用域。局部变量，顾名思义，其生命周期仅限于方法内部，它们随方法的调用而创建，随方法的结束而销毁，这有助于我们管理内存和避免变量名的冲突。

进一步，我们讨论了方法的生命周期，它包括编译、类加载、执行和卸载四个阶段。每个阶段都对应着不同的内存管理和执行流程，理解这些可以帮助我们优化程序性能。

通过MethodScopeDemo类的源代码示例，我们具体展示了访问修饰符如何影响变量和方法的可见性，以及局部变量的作用域如何被限定在方法内部。此外，测试用例的引入，不仅帮助我们验证方法的行为，也强调了编写测试代码的重要性。

最后，本文的附录源码提供了实际的代码参考，而作者bug菌的介绍，让我们了解到一个经验丰富的技术社区贡献者是如何通过分享知识来帮助他人成长的。

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