重学Java编程第九天—LXF的教程（作用域&内部类）

作用域

在Java中，我们经常看到public、protected、private这些修饰符。在Java中，这些修饰符可以用来限定访问作用域。

public

定义为public的class、interface可以被其他任何类访问：

package abc;

public class Hello {
    public void hi() {
    }
}

上面的Hello是public,因此，可以被其他包的类访问：

package xyz;

class Main {
    void foo() {
        // Main可以访问Hello
        Hello h = new Hello();
    }
}

定义为public 的field、method可以被其他类访问，前提是首先有访问class的权限：

package abc;

public class Hello {
    public void hi() {
    }
}

上面的hi()方法是public，可以被其他类调用，前提是首先要能访问Hello类：

package xyz;

class Main {
    void foo() {
        Hello h = new Hello();
        h.hi();
    }
}

private

定义为private的field、method无法被其他类访问：

package abc;

public class Hello {
    // 不能被其他类调用:
    private void hi() {
    }

    public void hello() {
        this.hi();
    }
}

实际上，private访问权限被限定在class的内部，而且与方法声明顺序无关。推荐把private方法放到后面，因为public方法定义了类对外提供的功能，阅读代码的时候，应该先关注public方法：

package abc;

public class Hello {
    public void hello() {
        this.hi();
    }

    private void hi() {
    }
}

由于Java支持嵌套类，如果一个类内部还定义了嵌套类，那么，嵌套类拥有访问private的权限：

// private
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Inner i = new Inner();
        i.hi();
    }

    // private方法:
    private static void hello() {
        System.out.println("private hello!");
    }

    // 静态内部类:
    static class Inner {
        public void hi() {
            Main.hello();
        }
    }
}

定义在一个class内部的class称为嵌套类（nested class），Java支持好几种嵌套类。

protected

protected作用于继承关系。定义为protected的字段和方法可以被子类访问，以及子类的子类：

package abc;

public class Hello {
    // protected方法:
    protected void hi() {
    }
}

上面的protected方法可以被继承的类访问：

package xyz;

class Main extends Hello {
    void foo() {
        // 可以访问protected方法:
        hi();
    }
}

package

最后，包作用域是指一个类允许访问同一个package的没有public,private修饰的class,以及没有public、protected、private修饰的字段和方法。

package abc;
// package权限的类:
class Hello {
    // package权限的方法:
    void hi() {
    }
}

只要在同一个包，就可以访问package权限的class、field和method：

package abc;

class Main {
    void foo() {
        // 可以访问package权限的类:
        Hello h = new Hello();
        // 可以调用package权限的方法:
        h.hi();
    }
}

注意：包名必须完全一致，包没有父子关系，com.apache和com.apache.abc是不同的包。

局部变量

在方法内部定义的变量称为局部变量，局部变量作用域从变量声明处开始到对应的块结束。方法参数也是局部变量。

package abc;

public class Hello {
    void hi(String name) { // ①
        String s = name.toLowerCase(); // ②
        int len = s.length(); // ③
        if (len < 10) { // ④
            int p = 10 - len; // ⑤
            for (int i=0; i<10; i++) { // ⑥
                System.out.println(); // ⑦
            } // ⑧
        } // ⑨
    } // ⑩
}

我们观察上面的hi()方法代码：

方法参数name是局部变量，它的作用域是整个方法，即①～⑩；
变量s的作用域是定义处到方法结束，即②～⑩；
变量len的作用域是定义处到方法结束，即③～⑩；
变量p的作用域是定义处到if块结束，即⑤～⑨；
变量i的作用域是for循环，即⑥～⑧。
使用局部变量时，应该尽可能把局部变量的作用域缩小，尽可能延后声明局部变量。

final

Java还提供了一个final修饰符。final与访问权限不冲突，它有很多作用。
用final修饰class可以阻止被继承：

package abc;

// 无法被继承:
public final class Hello {
    private int n = 0;
    protected void hi(int t) {
        long i = t;
    }
}

用final修饰method可以阻止被子类覆写：

package abc;

public class Hello {
    // 无法被覆写:
    protected final void hi() {
    }
}

用final修饰field可以阻止被重新赋值：

package abc;

public class Hello {
    private final int n = 0;
    protected void hi() {
        this.n = 1; // error!
    }
}

用final修饰局部变量可以阻止被重新赋值：

package abc;

public class Hello {
    protected void hi(final int t) {
        t = 1; // error!
    }
}

最佳实践

如果不确定是否需要public，就不声明为public,即尽可能少地暴露对外的字段和方法。
方法定义为package权限有助于测试，因为测试类和被测试类只要位于同一个package,测试代码就可以访问被测试类的package权限方法。
一个.java文件只能包含一个public类，但可以包含多个非public类，文件名必须和public类的名字相同。

小结：

Java内建的访问权限包括public、protected、private和package权限；
Java在方法内部定义的变量是局部变量，局部变量的作用域从变量声明开始，到一个块结束；
final修饰符不是访问权限，它可以修饰class,field,method;
一个.java文件只能包含一个public类，但可以包含多个非public类。

内部类

在Java程序中，通常情况下，我们把不同的类组织在不同的包下面，对于一个包下面的类来说，它们是在同一层次，没有父子关系：

image.png

还有一种类，它被定义在另一个类的内部，所以称为内部类（Nested Class)。Java的内部类分为好几种，通常情况用得不多，但也需要了解它们是如何使用的。

Inner Class

如果一个类定义在另一类的内部，这个类就是Inner Class:

class Outer {
    class Inner {
        // 定义了一个Inner Class
    }
}

上述定义的Outer是一个普通类，而Inner是一个Inner Class，它与普通类有个最大的不同，就是Inner Class的实例不能单独存在，必须依附于一个Outer Class的实例。示例代码如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer("Nested"); // 实例化一个Outer
        Outer.Inner inner = outer.new Inner(); // 实例化一个Inner
        inner.hello();
    }
}

class Outer {
    private String name;

    Outer(String name) {
        this.name = name;
    }

    class Inner {
        void hello() {
            System.out.println("Hello, " + Outer.this.name);
        }
    }
}

观察上述代码，要实例化一个Inner，我们必须首先创建一个Outer的实例，然后，调用Outer实例的new来创建Inner实例：

Outer.Inner inner = outer.new Inner();

这是因为Inner Class 除了有一个this指向它自己，还隐含地持有一个Outer Class实例，可以用Outer.this访问这个实例。所以，实例化一个Inner Class不能脱离Outer实例。
Inner Class 和普通Class 相比，除了能引用Outer实例外，还有一个额外的特权，就是可以修改Outer Class 的private字段和方法。
观察Java编译器编译后.class文件可以发现，Outer类被编译为Outer.class，而Inner类被便编译为Outer$Inner.class。

Anonymous Class

还有一种定义Inner Class 的方法，它不需要在Outer Class中明确地定义这个Class,而是在方法内部，通过匿名类（Anonymous Class）来定义。示例代码如下：

// Anonymous Class
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer("Nested");
        outer.asyncHello();
    }
}

class Outer {
    private String name;

    Outer(String name) {
        this.name = name;
    }

    void asyncHello() {
        Runnable r = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Hello, " + Outer.this.name);
            }
        };
        new Thread(r).start();
    }
}

观察asyncHello()方法，我们在方法内部实例化一个Runnable。Runnable本身是接口，接口不能实例化，所以这里实际上是定义了一个实现了Runnable接口的匿名类，并且通过new实例化该匿名类，然后转型为Runnable。在定义匿名类的时候就必须实例化它，定义匿名类的写法如下：

Runnable r = new Runnable() {
    // 实现必要的抽象方法...
};

匿名类和Inner Class 一样，可以访问Outer Class 的private字段和方法，之所以我们要定义匿名类，是因为在这里，我们通常不关心类名，比直接定义Inner Class 可以少写很多代码。
观察Java编译器编译后的.class文件可以发现，Outer类被编译为Outer.class,而匿名类被编译为Outer$1.class。如果有多个匿名类，Java编译器会将每个匿名类依次命名为Outer$1,Outer$2,Outer$3.......
除了接口外，匿名类也完全可以继承自普通类。观察以下代码：

// Anonymous Class
import java.util.HashMap;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, String> map1 = new HashMap<>();
        HashMap<String, String> map2 = new HashMap<>() {}; // 匿名类!
        HashMap<String, String> map3 = new HashMap<>() {
            {
                put("A", "1");
                put("B", "2");
            }
        };
        System.out.println(map3.get("A"));
    }
}

map1是一个普通的HashMap实例，但map2是一个匿名类实例，只是该匿名类继承自HashMap。map3也是一个继承自HashMap的匿名类实例，并且添加了static代码块来初始化数据。观察编译输出可发现Main$1.class和Main$2.class两个匿名类文件。

Static Nested Class

最后一种内部类和Inner Class 类似，但是使用static修饰，称为静态内部类（Static Nested Class）：

// Static Nested Class
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer.StaticNested sn = new Outer.StaticNested();
        sn.hello();
    }
}

class Outer {
    private static String NAME = "OUTER";

    private String name;

    Outer(String name) {
        this.name = name;
    }

    static class StaticNested {
        void hello() {
            System.out.println("Hello, " + Outer.NAME);
        }
    }
}

用static修饰的内部类和Inner Class有很大的不同，他不再依附于Outer的实例，而是一个完全独立的类，因此无法引用Outer.this，但它可以访问Outer的private静态字段和静态方法。如果把StaticNested移到Outer之外，就失去了访问private的权限。

小结

Java的内部类可分为Inner Class、Anonymous Class和Static Nested Class 三种：

Inner Class 和 Anonymous Class 本质上是相同的，都必须依附于Outer Class 的实例，即隐含地持有Outer.this实例，并拥有Outer Class 的private访问权限；
Static Nested Class 是独立类，但拥有Outer Class 的private访问权限。