Java内部类是如何实现的

Posted 2021-11-30 woshimrf

内部类(inner class)是定义在另一个类中的类。

• 内部类方法可以访问该类定义所在的作用域中的数据，包括私有的数据。
• 内部类可以对同一个包中的其他类隐藏起来
• 当想定义一个回调函数且不想编写大量代码时，使用匿名(anonymous)内部类比较便捷。

以下简单举例：

一个时钟需要两个参数：发布通告的时间间隔以及开关铃声的标志。

public class TalkingClock {

    private int interval;
    private boolean beep;

    public TalkingClock(int interval, boolean beep){
        this.interval = interval;
        this.beep = beep;
    }

    public void start(){

        ActionListener listener = new TimePrinter();
        Timer timer = new Timer(interval, listener);
        timer.start();
    }

    public class TimePrinter implements ActionListener{

        @Override
        public void actionPerformed(ActionEvent e) {
            System.out.println("At the tone, the time is " + new Date());
            if (beep) {
                Toolkit.getDefaultToolkit().beep();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TalkingClock clock = new TalkingClock(1000, true);
        clock.start();

        //keep program running until user selects "OK"
        JOptionPane.showMessageDialog(null, "Quit program?");
        System.exit(0);
    }
}

本代码主要想说明的是作为内部类的TimePrinter可以直接访问外部类TalkingClock的私有成员变量beep。

语法和用法大家很容易就学会了，那么内部类是如何实现直接访问其他类的私有成员变量呢？我们知道Java的私有成员变量只有类的实例本身能访问。

在最初学习Java语法的时候，是把内部类当做该类的一个属性去记忆和理解的，因此，自然可以访问私有变量。这个理解，现在看来是错误的。

内部类是一种编译器现象，与虚拟机无关。编译器将会把内部类翻译成用$分隔外部类名与内部类名的常规类文件，而虚拟机对此一无所知。

上述内部类被编译成TalkingClock$TimePrinter ：

 javap -private TalkingClock\\$TimePrinter.class 
Compiled from "TalkingClock.java"
public class com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock$TimePrinter implements java.awt.event.ActionListener {
  final com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock this$0;
  public com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock$TimePrinter(com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock);
  public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent);
}

可以看到，多了一个成员变量final com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock this$0;,以及构造函数。内部类将通过这种方式持有外部类。

内部类的一个特性是可以访问外部的私有成员变量，这又是如何做到的呢。

查看外部类：

javap -private TalkingClock.class 
Compiled from "TalkingClock.java"
public class com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock {
  private int interval;
  private boolean beep;
  public com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock(int, boolean);
  public void start();
  public static void main(java.lang.String[]);
  static boolean access$000(com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock);
}

可以发现，编译器给添加了新的静态方法static boolean access$000(com.test.java.clazz.innerclass.TalkingClock);，显然，我们可以通过类名调用这个方法来获取私有变量，相当于给添加了getter方法暴露私有变量。

查看变异后的内部类的actionPerformed方法：

public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        System.out.println("At the tone, the time is " + new Date());
        if (TalkingClock.access$000(this.this$0)) {
            Toolkit.getDefaultToolkit().beep();
        }

    }

综上，内部类通过编译器修改代码，实现了对类的访问。如果黑客在同包名下调用外部类的access$000，则是可以访问到私有变量的，这算是一个危险的地方吧。

局部内部类

仔细观察示例代码，TimePrinter只在start方法里调用了，我们可以把这个类缩小为局部内部类，即在方法内部声明内部类。

局部内部类可以访问局部变量。

我们将上述demo修改下：

public void start(int interval, boolean beep) {
        class TimePrinter implements ActionListener {

            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {

                System.out.println("Every "+interval+", At the tone, the time is " + new Date());
                if (beep) {
                    Toolkit.getDefaultToolkit().beep();
                }
            }
        }

        ActionListener listener = new TimePrinter();
        Timer timer = new Timer(interval, listener);
        timer.start();
    }

局部类不能用public或private访问说明符进行说明，它的作用被限定在声明这个局部类的块中。

上述demo，局部内部类TimePrinter会访问局部变量interval和beep。同理，依旧是将这两个变量转换程内部类的成员变量，实现值的传递。

匿名内部类

public class AnonymousInnerClassTest {

    @Data
    static class Animal {
        private String name;

        public void sayHi(){
            System.out.println("Hi " + name);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal(){
            @Override
            public void sayHi() {
                System.out.println("Wang");
            }
        };
        animal.sayHi();
    }
}

上述简单模拟一种Animal匿名类。编译后的结果为：

'AnonymousInnerClassTest$1.class'  'AnonymousInnerClassTest$Animal.class'   AnonymousInnerClassTest.class 

编译器生成了3个编译类。

AnonymousInnerClassTest

public class AnonymousInnerClassTest {
    public AnonymousInnerClassTest() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        com.test.java.clazz.innerclass.AnonymousInnerClassTest.Animal animal = new 1();
        animal.sayHi();
    }
}

AnonymousInnerClassTest$1

import com.test.java.clazz.innerclass.AnonymousInnerClassTest.Animal;

final class AnonymousInnerClassTest$1 extends Animal {
    AnonymousInnerClassTest$1() {
    }

    public void sayHi() {
        System.out.println("Wang");
    }
}

AnonymousInnerClassTest\\(Animal ``` class AnonymousInnerClassTest\\)Animal {
private String name;

public void sayHi() {
    System.out.println("Hi " + this.name);
}

public AnonymousInnerClassTest$Animal() {
}

//getter setter equals toString

}

```

即编译器生成一个包访问权限的内部类AnonymousInnerClassTest$Animal， 对于其匿名子类，又生成了final的AnonymousInnerClassTest$1 ，如果还有第二个匿名类，则命名AnonymousInnerClassTest$2.