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學習心得:Java基本功之Reference詳解

2013-11-15 11:51:23  來源: JSP教程 

  有這樣一種說法如今爭鋒於IT戰場的兩大勢力MS一族偏重於底層實現Java一族偏重於系統架構說法根據無從考證但從兩大勢力各自的社區力量和圖書市場已有佳作不難看出此說法不虛於是事情的另一面讓人忽略了偏巧我是一個喜歡探究底層實現的Java程序員雖然我的喜好並非純正咖啡劍走偏鋒卻別是一番風味
  
  Reference Java世界泰山北斗級大作《Thinking In Java》切入Java就提出Everything is Object在Java這個充滿Object的世界中reference是一切謎題的根源所有的故事都是從這裡開始的
  
  Reference是什麼?
  
  如果你和我一樣在進入Java世界之前曾經浪跡於C/C++世界就一定不會對指針陌生談到指針往日種種不堪回首的經歷一下子湧上心頭這裡不是抱怨的地方讓我們暫時忘記指針的痛苦回憶一下最初接觸指針的甜蜜吧!
  
  還記得你看過的教科書中如何講解指針嗎?留在我印象中的一種說法是指針就是地址如同門牌號碼一樣有了地址你可以輕而易舉找到一個人家而不必費盡心力的大海撈針C++登上歷史舞台reference也隨之而來容我問個小問題指針和reference區別何在?我的答案來自於在C++世界享譽盛名的《More Effective C++》
  
  沒有null referencereference必須有初值
  
  使用reference要比使用指針效率高因為reference不需要測試其有效性指針可以重新賦值而reference總是指向它最初獲得的對象
  
  設計選擇
  
  當你指向你需要指向的某個東西而且絕不會改指向其它東西或是當你實作一個運算符而其語法需要無法有指針達成你就應該選擇reference其它任何時候請采用指針
  
  這和Java有什麼關系?
  
  初學Java鑒於reference的名稱我毫不猶豫的將它和C++中的reference等同起來不過我錯了在Java中reference 可以隨心所欲的賦值置空對比一下上面列出的差異就不難發現Java的reference如果要與C/C++對應它不過是一個穿著 reference外衣的指針而已於是所有關於C中關於指針的理解方式可以照搬到Java中簡而言之reference就是一個地址我們可以把它想象成一個把手抓住它就抓住了我們想要操縱的數據如同掌握C的關鍵在於掌握指針探索Java的鑰匙就是reference
  
  一段小程序
  
  我知道太多的文字總是令人犯困那就來段代碼吧!
  
  public class ReferenceTricks
  {
  public static void main(String[] args)
  {
  ReferenceTricks r = new ReferenceTricks();
  // reset integer
  ri = ;
  Systemoutprintln
  (Before changeInteger: + ri);
  changeInteger(r);
  Systemoutprintln
  (After changeInteger: + ri);
  
  // just for format
  Systemoutprintln();
  
  // reset integer
  ri = ;
  Systemoutprintln
  (Before changeReference: + ri);
  changeReference(r);
  Systemoutprintln
  (After changeReference: + ri);
  }
  
  private static void
  changeReference(ReferenceTricks r)
  {
  r = new ReferenceTricks();
  ri = ;
  Systemoutprintln
  (In changeReference: + ri);
  }
  
  private static void
  changeInteger(ReferenceTricks r)
  {
  ri = ;
  Systemoutprintln
  (In changeInteger: + ri);
  }
  
  public int i;
  }
  
  我知道把一個字段設成public是一種不好的編碼習慣這裡只是為了說明問題如果你有興趣自己運行一下這個程序你已經運行過了嗎?結果如何?是否如你預期?下面是我在自己的機器上運行的結果
  
  Before changeInteger:
  In changeInteger:
  After changeInteger:
  
  Before changeReference:
  In changeReference:
  After changeReference:
  
  這裡我們關注的是兩個changechangeReference和changeInteger從輸出的內容中我們可以看出兩個方法在調用前和調用中完全一樣差異出現在調用後的結果
  
  糊塗的講解
  
  先讓我們來分析一下changeInteger的行為
  
  前面說過了Java中的reference就是一個地址它指向了一個內存空間這個空間存放著一個對象的相關信息這裡我們暫時不去關心這個內存具體如何排布只要知道通過地址我們可以找到r這個對象的i字段然後我們給它賦成
  
  既然這個字段的內容得到了修改從函數中返回之後它自然就是改動後的結果了所以調用之後r對象的i字段依然是下圖展示了changeInteger調用前後內存變化
  
  讓我們把目光轉向changeReference從代碼上我們可以看出同changeInteger之間的差別僅僅在於多了這麼一句
  
  r = new ReferenceTricks();
  
  這條語句的作用是分配一塊新的內存然後將r指向它執行完這條語句r就不再是原來的r但它依然是一個ReferenceTricks的對象所以我們依然可以對這個r的i字段賦值到此為止一切都是那麼自然
  
  順著這個思路繼續下去的話執行完changeReference輸出的r的i字段那麼應該是應該是新內存中的i所以應該是至於那塊被我們拋棄的內存Java的GC功能自然會替我們善後的
  
  事與願違
  
  實際的結果我們已經看到了輸出的是肯定哪個地方錯了究竟是哪個地方呢?
  
  參數傳遞的秘密
  
  知道方法參數如何傳遞嗎?
  
  記得剛開始學編程那會兒老師教導所謂參數有形式參數和實際參數之分參數列表中寫的那些東西都叫形式參數在實際調用的時候它們會被實際參數所替代
  
  編譯程序不可能知道每次調用的實際參數都是什麼於是寫編譯器的高手就出個辦法讓實際參數按照一定順序放到一個大家都可以找得到的地方以此作為方法調用的一種約定所謂沒有規矩不成方圓有了這個規矩大家協作起來就容易多了這個公共數據區現在編譯器的選擇通常是而所謂的順序就是形式參數聲明的順序
  
  顯然程序運行的過程中作為實際參數的變量可能遍布於內存的各個位置而並不一定要老老實實的呆在棧裡為了守規矩程序只好將變量復制一份到棧中也就是通常所說的將參數壓入棧中
  
  我剛才說什麼來著?將變量復制一份到棧中沒錯復制
  
  這就是所謂的值傳遞
  
  C語言的曠世經典《The C Programming Language》開篇的第一章中談到實際參數時說在C中所有函數的實際參數都是傳
  
  馬上會有人站出來錯了還有傳地址比如以指針傳遞就是傳地址不錯傳指針就是傳地址在把指針視為地址的時候是否考慮過這樣一個問題它也是一個變量前面的討論中說過了參數傳遞必須要把參數壓入棧中作為地址的指針也不例外所以必須把這個指針也復制一份函數中對於指針操作實際上是對於這個指針副本的操作
  
  Java的reference等於C的指針所以在Java的方法調用中reference也要復制一份壓入堆棧在方法中對reference的操作就是對這個reference副本的操作
  
  謎底揭曉
  
  好讓我們回到最初的問題上在changeReference中對於reference的賦值實際上是對這個reference的副本進行賦值而對於reference的本尊沒有產生絲毫的影響
  
  回到調用點本尊醒來它並不知道自己睡去的這段時間內發生過什麼所以只好當作什麼都沒發生過一般就這樣副本消失了在方法中對它的修改也就煙消雲散了
  
  也許你會問出這樣的問題聽了你的解釋我反而對changeInteger感到迷惑了既然是對於副本的操作為什麼changeInteger可以運作正常?這是很有趣的現象
  
  好那我就用前面的說法解釋一下changeInteger的運作所謂復制其結果必然是副本完全等同於本尊reference復制的結果必然是兩個reference指向同一塊內存空間
  
  雖然在方法中對於副本的操作並不會影響到本尊但對內存空間的修改確實實實在在的回到調用點雖然本尊依然不知道曾經發生過的一切但它按照原來的方式訪問內存的時候取到的確是經過方法修改之後的內容於是方法可以把自己的影響擴展到方法之外
  
  多說幾句
  
  這個問題起源於我對C/C++中同樣問題的思考同C/C++相比在changeReference中對reference賦值可能並不會造成什麼很嚴重的後果而在C/C++中這麼做卻會造成臭名昭著的內存洩漏根本的原因在於Java擁有了可愛的GC功能即便這樣我仍不推薦使用這種的手法畢竟GC已經很忙了我們怎麼好意思再麻煩人家
  
  在C/C++中這個問題還可以繼續引申既然在函數中對於指針直接賦值行不通那麼如何在函數中修改指針呢?答案很簡單指針的指針也就是把原來的指針看作一個普通的數據把一個指向它的指針傳到函數中就可以了
  
  同樣的問題到了Java中就沒有那麼美妙的解決方案了因為Java中可沒有reference的reference這樣的語法可能的變通就是將reference進行封裝成類至於值不值公道自在人心
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