Java內部類深入解析
一、介紹
在java中，我們被允許在編寫一個類(外部類OuterClass)時，在其內部再嵌套一個類(嵌套類NestedClass)，java將嵌套類分為兩種：非靜態(tài)內部類(簡稱內部類) 和 靜態(tài)內部類，如下所示
public class OuterClass {
class InnerClass {
}
static class StaticInnerClass {
}
}嵌套類作為外部類的一個成員，無論其是否為靜態(tài)內部類，我們都可以對其添加任何的訪問修飾符(public、protected、private、default)，如下所示
public class OuterClass {
public class InnerClass {
}
protected static class StaticInnerClass {
}
}非靜態(tài)內部類對其外部類中的所有成員變量和方法都具有訪問權，即便它被private修飾也可以。但是靜態(tài)內部類對外部類中的成員變量和方法沒有訪問權。
二、為什么要使用內部類
內部類為我們提供了以下便利：
- 它對只在一個地方使用的類進行邏輯分組
如果一個類A.java只對另一個類B.java有用，那么將它嵌入到那個類中并把兩個類放在一起豈不合理？即把A.java作為內部類，而將B.java作為外部類。
- 它增加了封裝性
考慮兩個類A.java 和 B.java，其中B.java需要訪問A.java的被聲明為private的成員變量或方法。通過將類B.java隱藏在類A.java中，A.java的成員變量或方法可以被聲明為private，B.java也可以訪問它們。另外，B.java本身也可以對外界隱藏。
- 它使代碼更加可讀和可維護
將內部類嵌套在外部類中使代碼更接近使用它的地方。
三、非靜態(tài)內部類
非靜態(tài)內部類有以下特點：
- 對其外部類中的所有成員變量和方法都具有訪問權，即便它被private修飾也可以。
- 不允許定義任何static修飾的成員變量和方法。
- 外部類必須通過非靜態(tài)內部類的實例對象訪問其內部的屬性和方法。
- 編譯后生成兩個class文件：外部類.class 和 外部類$內部類.class。
當我們實例化一個非靜態(tài)內部類的對象時，使用以下方法
- 在外部類中實例化內部類
public class OuterClass {
public void initInnerClass() {
InnerClass innerClass = new InnerClass();
innerClass.innerClassMethod_1();
}
class InnerClass {
public void innerClassMethod_1() {
System.out.println("調用內部類方法");
}
}
}- 在其他類中實例化內部類
class InnerClassTest {
public static void main(String[] args) {
// 方式一：創(chuàng)建內部類innerClass實例
OuterClass outerClass = new OuterClass();
OuterClass.InnerClass innerClass1 = outerClass.new InnerClass();
innerClass1.innerClassMethod_1();
// 方式二：創(chuàng)建內部類innerClass實例
OuterClass.InnerClass innerClass2 = new OuterClass().new InnerClass();
innerClass2.innerClassMethod_1();
}
}非靜態(tài)內部類還有兩種特殊的類型：局部內部類 和 匿名內部類。后面細說。
四、靜態(tài)內部類
靜態(tài)內部類在行為上與其他類相似
- 對外部類成員的訪問只能通過外部類的實例對象。
- 編譯后生成兩個class文件：外部類.class 和 外部類$內部類.class。
當我們實例化一個靜態(tài)內部類的對象時，使用以下方法
在外部類中實例化內部類
public class OuterClass {
public void initStaticInnerClass() {
StaticInnerClass staticInnerClass = new StaticInnerClass();
staticInnerClass.staticInnerClassMethod_1();
}
static class StaticInnerClass {
public void staticInnerClassMethod_1() {
System.out.println("調用靜態(tài)內部類方法");
}
}
}在其他類中實例化內部類
class InnerClassTest {
public static void main(String[] args) {
OuterClass.StaticInnerClass staticInnerClass = new OuterClass.StaticInnerClass();
staticInnerClass.staticInnerClassMethod_1();
}
}五、局部內部類
在一個代碼塊聲明的類叫局部內部類。
此處的代碼塊指任何{}內部(如靜態(tài)代碼塊、方法、for循環(huán)、if塊)
- 局部內部類可聲明在任何代碼塊中
- 局部內部類內部可以訪問其外部的成員變量，但該成員變量的值不允許被修改，因此我們需要使用final修飾。
- 不允許定義任何static靜態(tài)成員變量或方法
- 靜態(tài)方法中的局部內部類，只允許訪問外部類中的static靜態(tài)成員變量和方法。
- 不允許被static修飾
- 在{}代碼塊中不可以聲明接口interface。因為interface接口天生就是靜態(tài)的。
- 局部內部類中僅允許在常量變量聲明中使用static。從java16開始允許不被final修飾
- 編譯后生成外部類.class 和 外部類+$+編號+內部類.class。
創(chuàng)建局部內部類的方式如下：
public class OuterClass {
public void localClassMethod() {
for (int i=0; i<10; i++) {
// for循環(huán)中的局部內部類
class LocalClassInFor {
}
}
if (true) {
// if代碼塊中的局部內部類
class LocalClassInIf {
}
}
// 方法中的局部內部類
class LocalClass {
}
}
}六、匿名內部類
在一個方法內部聲明的類但沒有命名該類的名稱叫局部內部類。匿名類使您的代碼更加簡潔。允許我們能夠同時聲明和實例化一個類。除了沒有名字之外，它們類似于局部內部類。如果只需要使用一次局部內部類，就使用它們。
- 本質上是一個表達式。
- 實例化匿名內部類需要借助一個父類 或 接口。
- 可以訪問外部類的成員變量和方法。與局部內部類相同。
- 不可以修改外部變量，但該變量的值不允許被修改，因此我們需要使用final修飾。與局部內部類相同。
- 與外部變量或方法重名時，默認采用就近原則訪問。與非靜態(tài)內部類相同。
- 不可以聲明static靜態(tài)變量或方法。但可以聲明final static常量。
- 編譯后生成外部類.class 和 外部類+$+編號.class。
使用匿名內部類需要借助父類 或 接口實現(xiàn)，其本質相同，都是對方法的重寫。如下所示
使用父類
public class AnonymousOuterClass {
class InnerClass {
private String innerField = "field in InnerClass";
public void getField() {
System.out.println(innerField);
}
}
public void anonymousInnerMethod() {
// 聲明并實例化匿名內部類
InnerClass innerClass = new InnerClass() {
private String innerField = "a";
@Override
public void getField() {
// 輸出匿名內部類中的成員變量innerField
System.out.println(innerField);
// 輸出父類類中的成員變量innerField
super.getField();
}
};
innerClass.getField();
}
}
class AnonymousOuterClassTest {
public static void main(String[] args) {
AnonymousOuterClass anonymousOuterClass = new AnonymousOuterClass();
anonymousOuterClass.anonymousInnerMethod();
}
}
使用接口
public class AnonymousOuterClass {
interface InnerInterface {
void getField();
}
public void anonymousInnerInterfaceMethod() {
InnerInterface innerInterface = new InnerInterface() {
private String innerField = "field in inner interface";
@Override
public void getField() {
// 輸出匿名內部類中的成員變量innerField
System.out.println(innerField);
}
};
innerInterface.getField();
}
}
class AnonymousOuterClassTest {
public static void main(String[] args) {
AnonymousOuterClass anonymousOuterClass = new AnonymousOuterClass();
anonymousOuterClass.anonymousInnerInterfaceMethod();
}
}七、lambda表達式內部類
使用lambda表達式內部類的理由很簡單：當匿名內部類的父類或接口中只有一個方法時，其實現(xiàn)代碼最少也得五六行，為了使代碼簡化，所以使用lambda表達式內部類。
- 編譯后生成外部類.class。lambda表達式內部類不會生成單獨的class文件。
- 其余特性與匿名內部類相同。
除了實例化方式不同，lambda表達式內部類和匿名內部類其余使用限制完全一致。
public class LambdaOuterClass {
interface InnerInterface {
void sayHello();
}
public void sayHello() {
// lambda表達式內部類
InnerInterface innerInterface = () -> System.out.println("hello world");
innerInterface.sayHello();
}
}
class LambdaOuterClassTest {
public static void main(String[] args) {
LambdaOuterClass lambdaOuterClass = new LambdaOuterClass();
lambdaOuterClass.sayHello();
}
}八、成員重名
無論是靜態(tài)內部類還是非靜態(tài)內部類，當內部類中與外部類具有相同名稱的成員變量的情況下，當我們在內部類中使用該變量時，默認采用就近原則的方式訪問該變量。如果需要訪問外部類中的重名變量時，則需要通過OuterClass.this.field訪問，如下所示
public class OuterClass {
private String sameNameField = "the same name field in OuterClass";
class InnerClass {
private String sameNameField = "the same name field in InnerClass";
public void testSameNameField() {
// 訪問內部類的重名變量
System.out.println(sameNameField);
// 訪問外部類的重名變量
System.out.println(OuterClass.this.sameNameField);
}
}
}九、序列化
java強烈建議不要序列化內部類，包括局部內部類和匿名類。當Java編譯器編譯某些結構時，比如內部類，它創(chuàng)建合成結構，這些是在源代碼中沒有相應構造的類、方法、字段和其他構造。合成結構使Java編譯器能夠在不改變JVM的情況下實現(xiàn)新的Java語言特性。然而，合成構造在不同的Java編譯器實現(xiàn)中可能有所不同，這意味著在不同的實現(xiàn)中，類文件也可能不同。因此，如果我們序列化一個內部類，然后用不同的JRE實現(xiàn)反序列化它，可能會有兼容性問題。
十、如何選擇內部類
非靜態(tài)內部類
當需要訪問外部類實例的非public修飾的成員變量和方法時。
靜態(tài)內部類
當不需要訪問外部類實例的成員變量和方法時。
局部內部類
當我們需要創(chuàng)建一個類的多個實例，請訪問其構造函數(shù)，或者引入一個新的命名類型(例如，因為您稍后需要調用其他方法)。
匿名內部類
當我們需要同時聲明和實例化一個類，并且只需要使用一次局部內部類時。
lambda表達式內部類
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