Java 类的扩展（三）：内部类的本质

1. 怎样理解内部类

• 一个类放在另一个类的内部，称为内部类。内部类可以方便地访问外部类的私有变量，外部类也可以直接访问内部类的私有变量
• 内部类只是 Java 编译器的概念，对于 JVM 而言，它是不知道内部类这回事的，每个内部类最后都会被编译为一个独立的类，生成一个独立的字节码文件
• 内部类本质上都会被转换为独立的类，但一般而言，它们可以实现更好的封装，代码实现上也更简洁

2. 内部类的好处

• 可以实现对外部完全隐藏，更好的封装性，写法上也更简洁

3. 内部类的分类

• 根据定义的位置和方式不同，主要有 4 种内部类
  • 静态内部类
  • 成员内部类
  • 方法内部类
  • 匿名内部类

4. 怎样理解静态内部类

• 语法上，静态内部类除了位置放在其他类内部外，它与一个独立的类差别不大，可以有静态变量、静态方法、成员方法、成员变量、构造方法等
• 静态内部类与外部类的联系不大，它可以访问外部类的静态变量和方法，但不能访问实例变量和方法。在类内部，可以直接使用内部静态类
• public 静态内部类可以被外部使用，语法是：外部类.静态内部类（public）

5. 静态内部类是怎样实现的

• 静态内部类会被编译为 Outer$Inner 的形式
• 静态内部类访问外部类的私有静态变量的实现是：Java 自动为外部类生成一个非私有静态方法 access$0，这个方法返回这个私有静态变量。同理，外部类也可以直接访问内部类的私有变量

6. 静态内部类的使用场景

• 如果它与外部类关系密切，且不依赖于外部类实例，则可以考虑定义为静态内部类

• 场景之一是静态内部类形式的单例模式：

  public class Singleton {
  	private Singleton() {} // 私有构造方法
  	
  	private static class SingletonHolder { // 私有的静态内部类
  		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  	}
  	
  	public static final Singleton getInstance() { // 公有的静态方法
  		return SingletonHolder.INSTANCE;
  	}
  }

  • 这种写法同样利用了 ClassLoader 的类加载机制来保证初始化 instance 时只有一个线程
  • 它跟饿汉式写法不同的是（很细微的差别）：饿汉式是只要 Singleton 类被加载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到懒加载的效果），而静态内部类的写法是即使 Singleton 类被加载了，instance 却不一定被实例化。因为 SingletonHolder 内部类没有被主动使用过，只有显示通过调用 getInstance() 方法时，才会显示加载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance
  • 一方面如果实例化 instance 很消耗资源，我想让它延迟加载；另一方面，我不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。此时，静态内部类的写法相比饿汉式写法就更合理

7. 试举出几个 Java API 中使用静态内部类的例子

• Integer 类内部有一个私有静态内部类 IntegerCache，用于支持整数的自动装箱
• LinkedList 类内部有一个私有静态内部类 Node，表示链表中的每个节点
• Character 类内部有一个公有静态内部类 UnicodeBlock，用于表示一个 Unicode Block

8. 怎样理解成员内部类

• 成员内部类没有 static 修饰符
• 与静态内部类不同，除了静态变量和方法，成员内部类还可以直接访问外部类的实例变量和方法
• 如果和外部类有重名，成员内部类还可以通过 Outer.this.xxx 的方式引用外部类的实例变量和方法

9. 怎样创建成员内部类对象

• 与静态内部类不同，成员内部类对象总是与一个外部类对象相连，在外部使用时，因为不是静态，所以它不能直接通过 new Outer.Inner() 的方式创建对象，而是要先创建一个外部类对象
• 语法：外部类对象.new 内部类（），如 outer.new Inner()

10. 成员内部类、方法内部类和匿名内部类中都不可以定义静态变量和方法，Java 为什么要有这个规定

• 可以这么理解，这些内部类是与外部实例相连的，不应独立使用
• 而静态变量和方法作为类的属性和方法，一般是独立使用的，在内部类中意义不大，而如果内部类确实需要静态变量和方法，那么也可以挪到外部类中
• 静态与非静态，一个是类的属性，一个是对象的属性，二者是泾渭分明的

11. 成员内部类是怎么实现的

• 生成两个类：一个是 Outer，一个是 Outer$Inner
• 外部类一般会相应生成两个非私有静态方法：access$0 用于访问变量，access$1 用于访问方法

12. 成员内部类有哪些应用场景

• 如果内部类与外部类关系密切，需要访问外部类的实例变量或方法，则可以考虑定义为成员内部类
• 外部类的一些方法的返回值可能是某个接口。为了返回这个接口，外部类方法可能使用内部类实现这个接口，这个内部类可以被设为 private，对外完全隐藏

13. 试举出 Java API 中使用成员内部类的例子

• LinkedList 链表类的源码中，它的两个方法 listIterator() 和 descendingIterator() 的返回值都是接口 Iterator，调用者可以通过 Iterator 接口对链表遍历
• listIterator() 和 descendingIterator() 内部分别使用了成员内部类 ListItr 和 DescendingIterator，这两个内部类都实现了接口 Iterator

14. 怎样理解方法内部类

• 内部类还可以定义在一个方法体中，即为方法内部类。方法内部类只能在被被定义的方法内使用
• 如果方法是实例方法，则除了静态变量和方法，方法内部类还可以直接访问外部类的实例变量和方法；如果方法是静态方法，则方法内部类只能访问外部类的静态变量和方法
• 方法内部类还可以直接访问方法的参数和方法中的局部变量，不过，这些变量必须被声明为 final
• 方法内部类可以用成员内部类代替，至于方法参数，也可以作为参数传递给成员内部类。不过，如果类只在某个方法内被使用，使用方法内部类，可以实现更好的封装
• 个人感觉：实际使用中较少，感觉主要是 Java 的一个语法糖，也许 JDK 源码中应用得多些

15. 为什么方法内部类访问外部方法中的参数和局部变量时，这些变量必须被声明为 final

• 因为实际上，方法内部类操作的并不是外部的变量，而是它自己的实例变量（Java 是值传递）。只是这些变量的值和外部一样，对这些变量赋值，并不会改变外部的值，为避免混淆，所以干脆强制规定必须声明为 final
• 如果的确需要修改外部的变量，那么可以将变量改为只含该变量的数组，修改数组中的值

16. 怎样理解匿名内部类

• 匿名内部类没有单独的类定义，它在创建对象的同时定义类。匿名内部类只能被使用一次，用来创建一个对象
• 匿名内部类没有名字，没有构造方法，但可以根据参数列表，调用对应的父类构造方法
• 匿名内部类可以定义实例变量和方法，可以有初始化代码块，初始化代码块可以起到构造方法的作用，只是构造方法可以有多个，而初始化代码块只能有一份
• 因为没有构造方法，它自己无法接受参数，如果必须要参数，则应该使用其他内部类
• 与方法内部类一样，匿名内部类也可以访问外部类的所有变量和方法，可以访问方法中的 final 参数和 final 局部变量

17. 匿名内部类是怎么实现的

• 每个匿名内部类也都被生成一个独立的类，只是类的名字以外部类加数字编号，没有有意义的名字

18. 匿名内部类的使用场景

• 匿名内部类能做的，方法内部类都能做
• 但如果对象只会创建一次，且不需要构造方法来接收参数，则可以使用匿名内部类，写法上也更简洁

19. 怎么理解回调这个概念

• 回调即回过头来调用，是相对于一般的正向调用而言的
• 匿名内部类是实现回调接口的一种简便方式