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：

// Compiled from Printer.java (version 1.6 : 50.0, super bit) 
class levin.test.anonymous.MyApplication$1 implements levin.test.anonymous.Printer { 
   
  // Field descriptor #8 Llevin/test/anonymous/MyApplication; 
  final synthetic levin.test.anonymous.MyApplication this$0; 
   
  // Field descriptor #10 J 
  private final synthetic long val$local2; 
   
  // Field descriptor #12 Ljava/lang/Integer; 
  private final synthetic java.lang.Integer val$param; 
   
  // Method descriptor #14 (Llevin/test/anonymous/MyApplication;JLjava/lang/Integer;)V 
  // Stack: 3, Locals: 5 
  MyApplication$1(levin.test.anonymous.MyApplication arg0, long arg1, java.lang.Integer arg2); 
     0  aload_0 [this] 
     1  aload_1 [arg0] 
     2  putfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.this$0 : levin.test.anonymous.MyApplication [16] 
     5  aload_0 [this] 
     6  lload_2 [arg1] 
     7  putfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$local2 : long [18] 
    10  aload_0 [this] 
    11  aload 4 [arg2] 
    13  putfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$param : java.lang.Integer [20] 
    16  aload_0 [this] 
    17  invokespecial java.lang.Object() [22] 
    20  return 
      Line numbers: 
        [pc: 0, line: 1] 
        [pc: 16, line: 13] 
      Local variable table: 
        [pc: 0, pc: 21] local: this index: 0 type: new levin.test.anonymous.MyApplication(){} 
   
  // Method descriptor #24 ()V 
  // Stack: 4, Locals: 1 
  public void print(); 
     0  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 
     3  ldc  [36] 
     5  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 
     8  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 
    11  new java.lang.StringBuilder [44] 
    14  dup 
    15  ldc  [46] 
    17  invokespecial java.lang.StringBuilder(java.lang.String) [48] 
    20  aload_0 [this] 
    21  getfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$local2 : long [18] 
    24  invokevirtual java.lang.StringBuilder.append(long) : java.lang.StringBuilder [50] 
    27  invokevirtual java.lang.StringBuilder.toString() : java.lang.String [54] 
    30  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 
    33  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 
    36  new java.lang.StringBuilder [44] 
    39  dup 
    40  ldc  [58] 
    42  invokespecial java.lang.StringBuilder(java.lang.String) [48] 
    45  aload_0 [this] 
    46  getfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.val$param : java.lang.Integer [20] 
    49  invokevirtual java.lang.StringBuilder.append(java.lang.Object) : java.lang.StringBuilder [60] 
    52  invokevirtual java.lang.StringBuilder.toString() : java.lang.String [54] 
    55  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 
    58  getstatic java.lang.System.out : java.io.PrintStream [30] 
    61  new java.lang.StringBuilder [44] 
    64  dup 
    65  ldc  [63] 
    67  invokespecial java.lang.StringBuilder(java.lang.String) [48] 
    70  aload_0 [this] 
    71  getfield levin.test.anonymous.MyApplication$1.this$0 : levin.test.anonymous.MyApplication [16] 
    74  invokestatic levin.test.anonymous.MyApplication.access$0(levin.test.anonymous.MyApplication) : int [65] 
    77  invokevirtual java.lang.StringBuilder.append(int) : java.lang.StringBuilder [71] 
    80  invokevirtual java.lang.StringBuilder.toString() : java.lang.String [54] 
    83  invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String) : void [38] 
    86  return 
      Line numbers: 
        [pc: 0, line: 16] 
        [pc: 8, line: 17] 
        [pc: 33, line: 18] 
        [pc: 58, line: 19] 
        [pc: 86, line: 20] 
      Local variable table: 
        [pc: 0, pc: 87] local: this index: 0 type: new levin.test.anonymous.MyApplication(){} 
 
  Inner classes: 
    [inner class info: #1 levin/test/anonymous/MyApplication$1, outer class info: #0 
     inner name: #0, accessflags: 0 default] 
  Enclosing Method: #66  #77 levin/test/anonymous/MyApplication.print(Ljava/lang/Integer;)V 
}

// 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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