Java入门最小必要知识：变量及其本质

编程语言是与计算机交流的桥梁，而在编程世界中，变量是这座桥上不可或缺的砖石。

从本质上，可以把复杂的编程工作简化为两件事：

①定义变量
②操作变量

可见，变量之于编程的重要性。

对于Java开发者，理解和掌握变量是必不可少的，重要的知识通常是简单的，从以下几个方面学习变量，就可以快速掌握变量：

①概念
②本质
③变量的类型
④变量的生命周期与作用域

1. 变量的定义

在Java中，变量是程序中存储数据的最基本单元，❶它有一个特定的数据类型（如int、double等），❷并被赋予一个标识符（即变量名），用于在程序的不同部分引用该存储位置的数据。

可以将其想象成一个容器，用来存放各种类型的信息，这些信息在程序执行过程中可能会发生变化。

示例

int age = 25; // 定义了一个名为age的整型变量，并初始化为25

age = 38; // 定义变量后，在变量的生命周期和作用域内，可以修改变量的值

2. 变量的本质

变量的本质在于其背后的内存管理。

当你在Java中声明一个变量时，编译器会在内存中为其❶分配一块空间。这块空间的❷大小由变量的数据类型决定。变量名则是一个地址标签，指向这块内存空间。赋值操作实际上是将值存入这个内存地址中。因此，❸改变变量的值，实际上是改变了该内存地址所存储的内容。

为了加深理解，结合编译后的字节码，分析变量在运行时的本来面目。

以代码int number = 38;为例，要查看其字节码，可以编写一个Variable的类：
在这里插入图片描述
然后使用javac编译代码：

javac Variable.java

对于编译结果，使用JDK自动的反编译命令javap：

javap -c Variable

执行这个命令后，可以看到如下输出，红框部分是int number = 38;的字节码：
其可能的字节码如下：

0: bipush 38：这将数字 38 推入操作数栈。
2: istore_1：这将操作数栈顶的值（即数字 38）存储到局部变量表中索引为 1 的位置。

下图画出了这行代码运行时涉及的两个内存区域，sipush对应图中①，表示把38这个数字存放到操作数栈的栈顶，注意，操作数栈也是内存。

istore_1对应图中②，表示把38这个数字从操作数栈弹出，存入内存的局部变量表区域，1表示变量序号，因为我们只定义了变量，编译器给这个变量分配的序号就是1。特别说明，在实例方法中，序号0默认存储this变量。从这里可以看出，运行过程中，变量名会被替换为序号。
在这里插入图片描述

3. 变量的类型

在Java中，有三种变量类型：

在这里插入图片描述
① 实例变量。直接定义在类中，但在任何方法之外的变量。其至少由三部分构成：访问修饰符、变量类型、变量名。
② 静态变量。和实例变量一样，直接定义在类中，但在任何方法之外的变量。区别在于，定义时多了static关键字。其至少由三部分构成：访问修饰符、变量类型、变量名、static关键字。
③ 局部变量。在方法、构造器或块中定义的变量，没有访问修饰符。其至少由两部分构成：变量类型、变量名。

4. 变量的生命周期与作用域

生命周期

变量的生命周期指的是从创建到销毁的整个过程。在Java中，变量的生命周期与其所在的作用域紧密相关。

局部变量：在方法、构造器或块中定义的变量，其生命周期始于所属代码块的执行开始，止于该代码块执行完毕。每次方法调用都会创建新的局部变量副本。
实例变量：其生命周期与对象的生命周期相同，即从对象创建时开始，至对象被垃圾回收时结束。
静态变量（类变量）：使用static关键字定义的变量，属于类而不是对象。这类变量在类加载时创建，在类卸载时销毁，只有一份，被所有实例共享。

作用域

作用域决定了变量的可见性和可访问性。

局部作用域：局部变量只在其声明的方法、构造器或代码块内可见。
类作用域：实例变量在整个类中都可见，但要通过对象实例访问。
全局作用域（静态作用域）：静态变量在整个类中都可见，可以通过类名直接访问，无需实例化对象。

示例

public class ScopeDemo {
    static int globalVar = 10; // 静态变量，全局作用域

    public void method() {
        int localVar = 5; // 局部变量，仅在此方法内有效
        System.out.println(globalVar); // 可以访问全局变量
        System.out.println(localVar); // 访问局部变量
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        ScopeDemo demo = new ScopeDemo();
        demo.method(); // 调用method，局部变量localVar被创建并使用后销毁
        System.out.println(globalVar); // 可以直接访问静态变量
    }
}