Java 匿名内部类访问外部变量,为何需被标识变量为 final 类型?

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问题介绍

在开发过程中,我们经常需要用到匿名内部类。比如常见的 Callback 设置,我们一般会在调用方法时,直接创建一个匿名内部类的实例。如下所示,在 TestInner 类中 playAnim 方法需要一个 Callback 参数

class TestInner{
  
  void playAnim(Callback callback){
      callback.onEnd();
  }
  public interface Callback {
      void onEnd();
  }  
}

在调用 playAnim 时,这里直接使用匿名内部类创建了一个 Callback 实例对象,

void testCall(){
    String name = "咕咚";
    playAnim(new Callback() {
        @Override
        public void onEnd() {
            System.out.print(name);
        }
    });
}

上面看到在 testCall 内同时还定义了 name 变量,这个变量在匿名内部类中可访问,但是编译器却会提示 name 必须为 final 类型,这在我们的开发过程中非常常见,如下所示:

image

问题分析

上面的提示说

name 变量在内部类中访问时需要用 final 来修饰变量

在 Java 中 final 修饰变量表示这个变量不可变,那为什么在匿名内部类中访问外部变量时要做这个限制呢?

要解答这个问题,我们需要从匿名内部类的编译说起。现在使用 javac 对源代码进行编译

javac TestInner.java

然后会得到下面三个文件:

文件名称 介绍
TestInner.class TestInner.java 对应的字节码
TestInner$Callback.class TestInner.Callback 接口对应的字节码
TestInner$1.class playAnim 传递的接口参数对应的匿名内部类的字节码

这里通过 AndroidStudio 直接查看 TestInner$1.class 文件,内容如下所示:

class TestInner$1 implements Callback {
    TestInner$1(TestInner var1, String var2) {
        this.this$0 = var1;
        this.val$name = var2;
    }

    public void onEnd() {
        System.out.print(this.val$name);
    }
}

通过看转义后的字节码我们可以发现一个有用但是却一直被我们忽略的信息:

在编译完成后,编译器自动会为匿名内部类生成一个构造方法,只要是内部类中用到的变量都会在构造方法中传递进来。

这里第一个参数为外部类的实例,第二个参数是一个临时变量,也就是上面的 name。

这里相当于在内部类中形成了一份对外部类变量的拷贝,同时通过这个设计,现在把外部类中的一个局部变量成功 "升级" 为了内部类的成员变量。

如果了解过 JVM 的内存模型,我们知道成员变量在内存中的生命周期要远长于局部变量。局部变量随着方法的调用在方法栈中开辟存储空间,随着方法调用结束去释放自己占用的空间。而成员变量存活的周期却远远久于局部变量,因为成员变量的存活周期随实例生命周期一致,很明显,在内存中实例存活的更久。

这里由于把临时变量升级为了内部类的成员变量,如果不用 final 去限制外部的临时变量,那么在内部类由于存活周期变长,在后续操作的过程中,内部更改了变量状态后,没法同步外部变量,所以一旦发生这种变化,就很容易给程序造成莫名奇妙的 bug。

总结

内部类中对外部变量 final 这个限制的设计,最终保证了内部类中用到的外部变量必须是不可变的,从而避免了程序运行过程中,变量发生变化后可能会导致的程序异常。

另外,这只是一条人为添加的限制规则,Java 的设计者也可以放开这个设计,让内部类去自由的访问外部变量,貌似也没有特别大的问题,但这里就是一个语言设计者的取舍问题了,当然他具体怎么思考的,我们也不得而知。

补充

JDK 8 已经对外部变量去掉了 final 修饰的这条限制,在内部类中已经可以访问非 final 类型的变量了,具体跟 java 的 closures 有关,感兴趣的可以继续深究,欢迎讨论补充。

参考链接

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