深入研究Java內部類的實現原理

魏 鋼

（錦州師范高等專科學校,遼寧 錦州 121000）

深入研究Java內部類的實現原理

魏 鋼

（錦州師范高等?？茖W校,遼寧 錦州 121000）

內部類按照使用方式的不同可以分為常規內部類、靜態內部類、局部內部類和匿名內部類。通過對這四種內部類的定義方式、使用約束和引用方式的分析，應用反編譯技術對內部類和外部類進行反編譯，分析編譯器生成的額外代碼，闡述內部類的實現原理。

內部類；靜態內部類；局部內部類；匿名內部類；外部類

通常情況下Java中類的定義包括屬性和方法，特殊用途下，類中還可以定義類，被包含的類叫做內部類[1]。相對于內部類而言，包含內部類的類叫做外部類。根據內部類在外部類中使用方式不同，又可以分為常規內部類、靜態內部類、局部內部類和匿名內部類四種。以下論述中外部類命名為Outer，內部類命名為Inner。

1 常規內部類

1.1 常規內部類的定義

在外部類中直接定義無static修飾的類，稱為常規內部類。例如：

public class Outer {；private int i=10;；private class Inner{；public void print(){；System.out.println(i); }}；public void fun(){；Inner in=new Inner();；in.print();}}。

1.2 常規內部類的使用約束

第一，定義時可以加訪問控制符，public、protected、默認和private均可。第二，不能定義靜態屬性和靜態方法。第三，可以訪問外部類的屬性和方法。第四，外部類可以訪問內部類的所有屬性和方法。

1.3 常規內部類的引用方式

私有的常規內部類只能在外部類內引用，格式為Inner in=new Inner()。對于非私有的常規內部類可以在外部類之外進行引用，格式為：Outer.Inner in=new Outer().new Inner()。

1.4 常規內部類的實現原理

Java編譯器對內部類和外部類是分別進行編譯的，編譯后產生Outer.class和Outer$1Inner.class兩個字節碼文件，外部類能實例化私有常規內部類的根本原因在于編譯器在編譯私有常規內部類時生成了部分附加代碼，通過反編譯技術對Outer$1Inner.class進行反編譯可以查到附加代碼如下：

final Outer this$0;；private Outer$1Inner(){this$0=Outer.this;super();}；Outer$1Inner(Outer$1Inner outer$1inner){this();}。

反編譯Outer.class時發現實例化私有常規內部類時的代碼被改為1Inner in=new 1Inner(null)，實際上調用的是包可見構造器，包可見構造器內部又調用了私有構造器，因此外部類可以實例化私有常規內部類。因為私有常規內部類通過構造器初始化了外部類引用變量，所以私有常規內部類能夠訪問外部類的屬性和方法，對于能夠訪問外部類私有屬性的原因在于編譯器對外部類私有屬性生成了專門的靜態方法static int access$0(Outer)，代碼隱藏不可見，通過在內部類中使用靜態的access$0方法引用外部類中的私有屬性[2]。

2 靜態內部類

2.1 靜態內部類的定義

在外部類中直接定義有static修飾的類，稱為靜態內部類，例如：

public class Outer {；private static int i=10;；private static class Inner{；public void print(){；System.out.println(i); }}}；

2.2 靜態內部類的使用約束

只能訪問外部類的靜態屬性和靜態方法，其它約束與常規內部類使用約束基本相同。

2.3 靜態內部類的引用方式

靜態內部類的引用方式同常規內部類的引用方式相同。

2.4 靜態內部類的實現原理

反編譯Outer$1Inner.class時發現編譯器對靜態內部類并不產生外部類引用變量，因此靜態內部類無法得到外部類的引用，所以靜態內部類只能訪問外部類的靜態屬性和靜態方法。

3 局部內部類

3.1 局部內部類的定義

在方法中定義的類，稱為局部內部類，例如：

3.2 局部內部類的使用約束

第一，局部內部類定義時不能加訪問控制符，只能在方法內部使用。第二，局部內部類能訪問外部類的屬性和方法。第三，局部內部類只能訪問包含方法中fnal修飾的變量。

3.3 局部內部類的引用方式

局部內部類只能在方法內部進行引用，使用方式同基本類。

3.4 局部內部類的實現原理

反編譯Outer$1Inner.class時發現編譯器對局部內部類生成“fnal Outer this$0”和“private fnal int val$j”。局部內部類通過外部類引用變量可實現訪問外部類的屬性和方法，val$j是fnal修飾的形參j的一個備份，目的在于方法運行結束時，避免Java垃圾回收器對方法內的資源進行垃圾回收時導致局部內部類在訪問內部資源時查找失敗[3]。

4 匿名內部類

4.1 匿名內部類的定義

只創建一個對象且不用命名的局部內部類，稱為匿名內部類，例如：

4.2 匿名內部類的使用約束

匿名內部類由于沒有類名，因此不能定義構造器，其它使用約束同局部內部類。

4.3 匿名內部類的引用方式

匿名內部類通常以方法的參數形式出現，分為繼承式匿名內部類和接口式匿名內部類兩種。引用方式為new 父類名(){//重寫父類方法}或new 接口名(){//實現接口方法}。

4.4 匿名內部類的實現原理

編譯產生匿名內部類名稱為Outer$1，反編譯后發現生成fnal Outer this$0，證明匿名內部類可以訪問外部類的屬性和方法。

5 結束語

通過反編譯技術的使用，深入研究了Java內部類的實現原理，加深了對內部類定義方式、使用約束和引用方式的認識，提高了對Java技術的應用水平。

[1]張孝祥.Java就業培訓教程[M].北京：清華大學出版社,2003.

[2]郭廣軍,陳代武,王劍波.Java內部類的研究及應用[J].湖南人文科技學院學報,2007(06):32-38.

[3]劉文杰,鄭玉,劉志昊.Java 7實用教程[M].北京:清華大學出版社,2013.

魏鋼（1978-），男，遼寧盤錦人，碩士，講師，主要從事Java Web開發研究。