Java内部类深入解析

2023-12-29 09:59:52 作者：理想万岁万万岁

这篇文章主要介绍了Java内部类深入解析,在java中,我们被允许在编写一个类(外部类OuterClass)时,在其内部再嵌套一个类(嵌套类NestedClass),java将嵌套类分为两种,非静态内部类(简称内部类)和静态内部,需要的朋友可以参考下

一、介绍

在java中，我们被允许在编写一个类(外部类OuterClass)时，在其内部再嵌套一个类(嵌套类NestedClass)，java将嵌套类分为两种：非静态内部类(简称内部类) 和静态内部类，如下所示

public class OuterClass {
    class InnerClass {
    }
    static class StaticInnerClass {
    }
}

嵌套类作为外部类的一个成员，无论其是否为静态内部类，我们都可以对其添加任何的访问修饰符(public、protected、private、default)，如下所示

public class OuterClass {
    public class InnerClass {
    }
    protected static class StaticInnerClass {
    }
}

非静态内部类对其外部类中的所有成员变量和方法都具有访问权，即便它被private修饰也可以。但是静态内部类对外部类中的成员变量和方法没有访问权。

二、为什么要使用内部类

内部类为我们提供了以下便利：

它对只在一个地方使用的类进行逻辑分组

如果一个类A.java只对另一个类B.java有用，那么将它嵌入到那个类中并把两个类放在一起岂不合理？即把A.java作为内部类，而将B.java作为外部类。

它增加了封装性

考虑两个类A.java 和 B.java，其中B.java需要访问A.java的被声明为private的成员变量或方法。通过将类B.java隐藏在类A.java中，A.java的成员变量或方法可以被声明为private，B.java也可以访问它们。另外，B.java本身也可以对外界隐藏。

它使代码更加可读和可维护

将内部类嵌套在外部类中使代码更接近使用它的地方。

三、非静态内部类

非静态内部类有以下特点：

对其外部类中的所有成员变量和方法都具有访问权，即便它被private修饰也可以。
不允许定义任何static修饰的成员变量和方法。
外部类必须通过非静态内部类的实例对象访问其内部的属性和方法。
编译后生成两个class文件：外部类.class 和外部类$内部类.class。

当我们实例化一个非静态内部类的对象时，使用以下方法

在外部类中实例化内部类

public class OuterClass {
    public void initInnerClass() {
        InnerClass innerClass = new InnerClass();
        innerClass.innerClassMethod_1();
    }
    class InnerClass {
        public void innerClassMethod_1() {
            System.out.println("调用内部类方法");
        }
    }
}

在其他类中实例化内部类

class InnerClassTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式一：创建内部类innerClass实例
        OuterClass outerClass = new OuterClass();
        OuterClass.InnerClass innerClass1 = outerClass.new InnerClass();
        innerClass1.innerClassMethod_1();
        // 方式二：创建内部类innerClass实例
        OuterClass.InnerClass innerClass2 = new OuterClass().new InnerClass();
        innerClass2.innerClassMethod_1();
    }
}

非静态内部类还有两种特殊的类型：局部内部类和匿名内部类。后面细说。

四、静态内部类

静态内部类在行为上与其他类相似

对外部类成员的访问只能通过外部类的实例对象。
编译后生成两个class文件：外部类.class 和外部类$内部类.class。

当我们实例化一个静态内部类的对象时，使用以下方法

在外部类中实例化内部类

public class OuterClass {
    public void initStaticInnerClass() {
        StaticInnerClass staticInnerClass = new StaticInnerClass();
        staticInnerClass.staticInnerClassMethod_1();
    }
    static class StaticInnerClass {
        public void staticInnerClassMethod_1() {
            System.out.println("调用静态内部类方法");
        }
    }
}

在其他类中实例化内部类

class InnerClassTest {
    public static void main(String[] args) {
        OuterClass.StaticInnerClass staticInnerClass = new OuterClass.StaticInnerClass();
        staticInnerClass.staticInnerClassMethod_1();
    }
}

五、局部内部类

在一个代码块声明的类叫局部内部类。

此处的代码块指任何{}内部(如静态代码块、方法、for循环、if块)

局部内部类可声明在任何代码块中
局部内部类内部可以访问其外部的成员变量，但该成员变量的值不允许被修改，因此我们需要使用final修饰。
不允许定义任何static静态成员变量或方法
静态方法中的局部内部类，只允许访问外部类中的static静态成员变量和方法。
不允许被static修饰
在{}代码块中不可以声明接口interface。因为interface接口天生就是静态的。
局部内部类中仅允许在常量变量声明中使用static。从java16开始允许不被final修饰
编译后生成外部类.class 和外部类+$+编号+内部类.class。

创建局部内部类的方式如下：

public class OuterClass {
    public void localClassMethod() {
        for (int i=0; i<10; i++) {
            // for循环中的局部内部类
            class LocalClassInFor {
            }
        }
        if (true) {
            // if代码块中的局部内部类
            class LocalClassInIf {
            }
        }
        // 方法中的局部内部类
        class LocalClass {
        }
    }
}

六、匿名内部类

在一个方法内部声明的类但没有命名该类的名称叫局部内部类。匿名类使您的代码更加简洁。允许我们能够同时声明和实例化一个类。除了没有名字之外，它们类似于局部内部类。如果只需要使用一次局部内部类，就使用它们。

本质上是一个表达式。
实例化匿名内部类需要借助一个父类或接口。
可以访问外部类的成员变量和方法。与局部内部类相同。
不可以修改外部变量，但该变量的值不允许被修改，因此我们需要使用final修饰。与局部内部类相同。
与外部变量或方法重名时，默认采用就近原则访问。与非静态内部类相同。
不可以声明static静态变量或方法。但可以声明final static常量。
编译后生成外部类.class 和外部类+$+编号.class。

使用匿名内部类需要借助父类或接口实现，其本质相同，都是对方法的重写。如下所示

使用父类

public class AnonymousOuterClass {

    class InnerClass {
        private String innerField = "field in InnerClass";
        public void getField() {
            System.out.println(innerField);
        }
    }

    public void anonymousInnerMethod() {
        // 声明并实例化匿名内部类
        InnerClass innerClass = new InnerClass() {
            private String innerField = "a";
            @Override
            public void getField() {
                // 输出匿名内部类中的成员变量innerField
                System.out.println(innerField);
                // 输出父类类中的成员变量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() {
                // 输出匿名内部类中的成员变量innerField
                System.out.println(innerField);
            }
        };
        innerInterface.getField();
    }
}
class AnonymousOuterClassTest {
    public static void main(String[] args) {
        AnonymousOuterClass anonymousOuterClass = new AnonymousOuterClass();
        anonymousOuterClass.anonymousInnerInterfaceMethod();
    }
}

七、lambda表达式内部类

使用lambda表达式内部类的理由很简单：当匿名内部类的父类或接口中只有一个方法时，其实现代码最少也得五六行，为了使代码简化，所以使用lambda表达式内部类。

编译后生成外部类.class。lambda表达式内部类不会生成单独的class文件。
其余特性与匿名内部类相同。

除了实例化方式不同，lambda表达式内部类和匿名内部类其余使用限制完全一致。

public class LambdaOuterClass {
    interface InnerInterface {
        void sayHello();
    }
    public void sayHello() {
        // lambda表达式内部类
        InnerInterface innerInterface = () -> System.out.println("hello world");
        innerInterface.sayHello();
    }
}
class LambdaOuterClassTest {
    public static void main(String[] args) {
        LambdaOuterClass lambdaOuterClass = new LambdaOuterClass();
        lambdaOuterClass.sayHello();
    }
}

八、成员重名

无论是静态内部类还是非静态内部类，当内部类中与外部类具有相同名称的成员变量的情况下，当我们在内部类中使用该变量时，默认采用就近原则的方式访问该变量。如果需要访问外部类中的重名变量时，则需要通过OuterClass.this.field访问，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() {
            // 访问内部类的重名变量
            System.out.println(sameNameField);
            // 访问外部类的重名变量
            System.out.println(OuterClass.this.sameNameField);
        }
    }
}

九、序列化

java强烈建议不要序列化内部类，包括局部内部类和匿名类。当Java编译器编译某些结构时，比如内部类，它创建合成结构，这些是在源代码中没有相应构造的类、方法、字段和其他构造。合成结构使Java编译器能够在不改变JVM的情况下实现新的Java语言特性。然而，合成构造在不同的Java编译器实现中可能有所不同，这意味着在不同的实现中，类文件也可能不同。因此，如果我们序列化一个内部类，然后用不同的JRE实现反序列化它，可能会有兼容性问题。

十、如何选择内部类

非静态内部类

当需要访问外部类实例的非public修饰的成员变量和方法时。

静态内部类

当不需要访问外部类实例的成员变量和方法时。

局部内部类

当我们需要创建一个类的多个实例，请访问其构造函数，或者引入一个新的命名类型(例如，因为您稍后需要调用其他方法)。

匿名内部类

当我们需要同时声明和实例化一个类，并且只需要使用一次局部内部类时。

lambda表达式内部类

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