java内部类引用局部变量与外部类成员变量实例分析

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假如我们有以下的代码:

interface Printer {     public void print(); } class MyApplication {     private int field = 10;      public void print(final Integer param) {         final long local = 100;         final long local2 = param.longValue() + 100;         Printer printer = new Printer() {             @Override             public void print() {                 System.out.println("Local value: " + local);                 System.out.println("Local2 value: " + local2);                 System.out.println("Parameter: " + param);                 System.out.println("Field value: " + field);             }         };         printer.print();     } }

这里因为param要在匿名内部类的print()方法中使用,因而它要用final修饰;local/local2是局部变量,因而也需要final修饰;而field是外部类MyApplication的字段,因而不需要final修饰。这种设计是基于什么理由呢?

我想这个问题应该从Java是如何实现匿名内部类的。其中有两点:

1、匿名内部类可以使用外部类的变量(局部或成员变来那个)。

2、匿名内部类中不同的方法可以共享这些变量。

根据这两点信息我们就可以分析,可能这些变量会在匿名内部类的字段中保存着,并且在构造的时候将他们的值/引用传入内部类。这样就可以保证同时实现上述两点了。

事实上,Java就是这样设计的,并且所谓匿名类,其实并不是匿名的,只是编译器帮我们命名了而已。这点我们可以通过这两个类编译出来的字节码看出来:

  1. // Compiled from Printer.java (version 1.6 : 50.0, super bit) 

  2. class levin.test.anonymous.MyApplication$1 implements levin.test.anonymous.Printer { 

  3.    

  4.   // Field descriptor #8 Llevin/test/anonymous/MyApplication; 

  5.   final synthetic levin.test.anonymous.MyApplication this$0; 

  6.    

  7.   // Field descriptor #10 J 

  8.   private final synthetic long val$local2; 

  9.    

  10.   // Field descriptor #12 Ljava/lang/Integer; 

  11.   private final synthetic java.lang.Integer val$param; 

  12.    

  13.   // Method descriptor #14 (Llevin/test/anonymous/MyApplication;JLjava/lang/Integer;)V 

  14.   // Stack: 3, Locals: 5 

  15.   MyApplication$1(levin.test.anonymous.MyApplication arg0, long arg1, java.lang.Integer arg2); 

  16.      0  aload_0 [this] 

  17.      1  aload_1 [arg0] 

  18.      2  putfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.this$0 : levin.test.anonymous.MyApplication [16] 

  19.      5  aload_0 [this] 

  20.      6  lload_2 [arg1] 

  21.      7  putfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$local2 : long [18] 

  22.     10  aload_0 [this] 

  23.     11  aload 4 [arg2] 

  24.     13  putfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$param : java.lang.Integer [20] 

  25.     16  aload_0 [this] 

  26.     17  invokespecial java.lang.Object() [22] 

  27.     20  return 

  28.       Line numbers: 

  29.         [pc: 0, line: 1] 

  30.         [pc: 16, line: 13] 

  31.       Local variable table: 

  32.         [pc: 0, pc: 21] local: this index: 0 type: new levin.test.anonymous.MyApplication(){} 

  33.    

  34.   // Method descriptor #24 ()V 

  35.   // Stack: 4, Locals: 1 

  36.   public void print(); 

  37.      0  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 

  38.      3  ldc  [36] 

  39.      5  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 

  40.      8  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 

  41.     11  new java.lang.StringBuilder [44] 

  42.     14  dup 

  43.     15  ldc  [46] 

  44.     17  invokespecial java.lang.StringBuilder(java.lang.String) [48] 

  45.     20  aload_0 [this] 

  46.     21  getfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$local2 : long [18] 

  47.     24  invokevirtual java.lang.StringBuilder.append(long) : java.lang.StringBuilder [50] 

  48.     27  invokevirtual java.lang.StringBuilder.toString() : java.lang.String [54] 

  49.     30  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 

  50.     33  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 

  51.     36  new java.lang.StringBuilder [44] 

  52.     39  dup 

  53.     40  ldc  [58] 

  54.     42  invokespecial java.lang.StringBuilder(java.lang.String) [48] 

  55.     45  aload_0 [this] 

  56.     46  getfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$param : java.lang.Integer [20] 

  57.     49  invokevirtual java.lang.StringBuilder.append(java.lang.Object) : java.lang.StringBuilder [60] 

  58.     52  invokevirtual java.lang.StringBuilder.toString() : java.lang.String [54] 

  59.     55  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 

  60.     58  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 

  61.     61  new java.lang.StringBuilder [44] 

  62.     64  dup 

  63.     65  ldc  [63] 

  64.     67  invokespecial java.lang.StringBuilder(java.lang.String) [48] 

  65.     70  aload_0 [this] 

  66.     71  getfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.this$0 : levin.test.anonymous.MyApplication [16] 

  67.     74  invokestatic levin.test.anonymous.MyApplication.access$0(levin.test.anonymous.MyApplication) : int [65] 

  68.     77  invokevirtual java.lang.StringBuilder.append(int) : java.lang.StringBuilder [71] 

  69.     80  invokevirtual java.lang.StringBuilder.toString() : java.lang.String [54] 

  70.     83  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 

  71.     86  return 

  72.       Line numbers: 

  73.         [pc: 0, line: 16] 

  74.         [pc: 8, line: 17] 

  75.         [pc: 33, line: 18] 

  76.         [pc: 58, line: 19] 

  77.         [pc: 86, line: 20] 

  78.       Local variable table: 

  79.         [pc: 0, pc: 87] local: this index: 0 type: new levin.test.anonymous.MyApplication(){} 

  80.  

  81.   Inner classes: 

  82.     [inner class info: #1 levin/test/anonymous/MyApplication$1, outer class info: #0 

  83.      inner name: #0, accessflags: 0 default] 

  84.   Enclosing Method: #66  #77 levin/test/anonymous/MyApplication.print(Ljava/lang/Integer;)V 

  85. }

// Compiled from Printer.java (version 1.6 : 50.0, super bit)  class levin.test.anonymous.MyApplication {        // Field descriptor #6 I    private int field;       // Method descriptor #8 ()V    // Stack: 2, Locals: 1    MyApplication();       0  aload_0 [this]       1  invokespecial java.lang.Object() [10]       4  aload_0 [this]       5  bipush 10       7  putfield levin.test.anonymous.MyApplication.field : int [12]      10  return        Line numbers:          [pc: 0, line: 7]          [pc: 4, line: 8]          [pc: 10, line: 7]        Local variable table:          [pc: 0, pc: 11] local: this index: 0 type: levin.test.anonymous.MyApplication        // Method descriptor #19 (Ljava/lang/Integer;)V    // Stack: 6, Locals: 7    public void print(java.lang.Integer param);       0  ldc2_w  [20]       3  lstore_2 [local]       4  aload_1 [param]       5  invokevirtual java.lang.Integer.longValue() : long [22]       8  ldc2_w  [20]      11  ladd      12  lstore 4 [local2]      14  new levin.test.anonymous.MyApplication$1 [28]      17  dup      18  aload_0 [this]      19  lload 4 [local2]      21  aload_1 [param]      22  invokespecial levin.test.anonymous.MyApplication$1(levin.test.anonymous.MyApplication, long, java.lang.Integer) [30]      25  astore 6 [printer]      27  aload 6 [printer]      29  invokeinterface levin.test.anonymous.Printer.print() : void [33] [nargs: 1]      34  return        Line numbers:          [pc: 0, line: 11]          [pc: 4, line: 12]          [pc: 14, line: 13]          [pc: 27, line: 22]          [pc: 34, line: 23]        Local variable table:          [pc: 0, pc: 35] local: this index: 0 type: levin.test.anonymous.MyApplication          [pc: 0, pc: 35] local: param index: 1 type: java.lang.Integer          [pc: 4, pc: 35] local: local index: 2 type: long          [pc: 14, pc: 35] local: local2 index: 4 type: long          [pc: 27, pc: 35] local: printer index: 6 type: levin.test.anonymous.Printer    // Method descriptor #45 (Llevin/test/anonymous/MyApplication;)I    // Stack: 1, Locals: 1    static synthetic int access$0(levin.test.anonymous.MyApplication arg0);      0  aload_0 [arg0]      1  getfield levin.test.anonymous.MyApplication.field : int [12]      4  ireturn        Line numbers:          [pc: 0, line: 8]      Inner classes:      [inner class info: #28 levin/test/anonymous/MyApplication$1, outer class info: #0       inner name: #0, accessflags: 0 default]  }

从这两段字节码中可以看出,编译器为我们的匿名类起了一个叫MyApplication$1的名字,它包含了三个final字段(这里synthetic修饰符是指这些字段是由编译器生成的,它们并不存在于源代码中):

MyApplication的应用this$0

long值val$local2

Integer引用val$param

这些字段在构造函数中赋值,而构造函数则是在MyApplication.print()方法中调用。

由此,我们可以得出一个结论:Java对匿名内部类的实现是通过编译器来支持的,即通过编译器帮我们产生一个匿名类的类名,将所有在匿名类中用到的局部变量和参数做为内部类的final字段,同是内部类还会引用外部类的实例。其实这里少了local的变量,这是因为local是编译器常量,编译器对它做了替换的优化。

其实Java中很多语法都是通过编译器来支持的,而在虚拟机/字节码上并没有什么区别,比如这里的final关键字,其实细心的人会发现在字节码中,param参数并没有final修饰,而final本身的很多实现就是由编译器支持的。类似的还有Java中得泛型和逆变、协变等。这是题外话。

有了这个基础后,我们就可以来分析为什么有些要用final修饰,有些却不用的问题。

首先我们来分析local2变量,在”匿名类”中,它是通过构造函数传入到”匿名类”字段中的,因为它是基本类型,因而在够着函数中赋值时(撇开对函数参数传递不同虚拟机的不同实现而产生的不同效果),它事实上只是值的拷贝;因而加入我们可以在”匿名类”中得print()方法中对它赋值,那么这个赋值对外部类中得local2变量不会有影响,而程序员在读代码中,是从上往下读的,所以很容易误认为这段代码赋值会对外部类中得local2变量本身产生影响,何况在源码中他们的名字都是一样的,所以我认为了避免这种confuse导致的一些问题,Java设计者才设计出了这样的语法。

对引用类型,其实也是一样的,因为引用的传递事实上也只是传递引用的数值(简单的可以理解成为地址),因而对param,如果可以在”匿名类”中赋值,也不会在外部类的print()后续方法产生影响。虽然这样,我们还是可以在内部类中改变引用内部的值的,如果引用类型不是只读类型的话;在这里Integer是只读类型,因而我们没法这样做。

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