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为什么必须是final的呢?

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一个谜团

如果你用过类似guava这种“伪函数式编程”风格的library的话,那下面这种风格的代码对你来说应该不陌生:

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public void tryUsingGuava() {
    final int expectedLength = 4;
    Iterables.filter(Lists.newArrayList("123", "1234"), new Predicate<String>() {
        @Override
        public boolean apply(String str) {
            return str.length() == expectedLength;
        }
    });
}

这段代码对一个字符串的list进行过滤,从中找出长度为4的字符串。看起来很是平常,没什么特别的。

但是,声明expectedLength时用的那个final看起来有点扎眼,把它去掉试试:

error: local variable expectedLength is accessed from within inner class; needs to be declared final

结果Java编译器给出了如上的错误,看起来匿名内部类只能够访问final的局部变量。但是,为什么呢?其他的语言也有类似的规定吗?

在开始用其他语言做实验之前我们先把问题简化一下,不要再带着guava了,我们去除掉噪音,把问题归结为:

为什么Java中的匿名内部类只可以访问final的局部变量呢?其他语言中的匿名函数也有类似的限制吗?

Scala中有类似的规定吗?

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  def tryAccessingLocalVariable {
    var number = 123
    println(number)

    var lambda = () => {
      number = 456
      println(number)
    }

    lambda.apply()
    println(number)
  }

上面的Scala代码是合法的,number变量是声明为var的,不是val(类似于Java中的final)。而且在匿名函数中可以修改number的值。

看来Scala中没有类似的规定

C#中有类似的规定吗?

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public void tryUsingLambda ()
{
  int number = 123;
  Console.WriteLine (number);

  Action action = () => {
      number = 456;
      Console.WriteLine (number);
  };

  action ();
  Console.WriteLine (number);
}

这段C#代码也是合法的,number这个局部变量在lambda表达式内外都可以访问和赋值。

看来C#中也没有类似的规定

分析谜团

三门语言中只有Java有这种限制,那我们分析一下吧。先来看一下Java中的匿名内部类是如何实现的:

先定义一个接口:

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public interface MyInterface {
    void doSomething();
}

然后创建这个接口的匿名子类:

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public class TryUsingAnonymousClass {
    public void useMyInterface() {
        final Integer number = 123;
        System.out.println(number);

        MyInterface myInterface = new MyInterface() {
            @Override
            public void doSomething() {
                System.out.println(number);
            }
        };
        myInterface.doSomething();

        System.out.println(number);
    }
}

这个匿名子类会被编译成一个单独的类,反编译的结果是这样的:

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class TryUsingAnonymousClass$1
        implements MyInterface {
    private final TryUsingAnonymousClass this$0;
    private final Integer paramInteger;

    TryUsingAnonymousClass$1(TryUsingAnonymousClass this$0, Integer paramInteger) {
        this.this$0 = this$0;
        this.paramInteger = paramInteger;
    }

    public void doSomething() {
        System.out.println(this.paramInteger);
    }
}

可以看到名为number的局部变量是作为构造方法的参数传入匿名内部类的(以上代码经过了手动修改,真实的反编译结果中有一些不可读的命名)。

如果Java允许匿名内部类访问非final的局部变量的话,那我们就可以在TryUsingAnonymousClass$1中修改paramInteger,但是这不会对number的值有影响,因为它们是不同的reference。

这就会造成数据不同步的问题。

所以,谜团解开了:Java为了避免数据不同步的问题,做出了匿名内部类只可以访问final的局部变量的限制。

但是,新的谜团又出现了:

Scala和C#为什么没有类似的限制呢?它们是如何处理数据同步问题的呢?

上面出现过的那段Scala代码中的lambda表达式会编译成这样:

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public final class TryUsingAnonymousClassInScala$$anonfun$1 extends AbstractFunction0.mcV.sp
        implements Serializable {
    public static final long serialVersionUID = 0L;
    private final IntRef number$2;

    public final void apply() {
        apply$mcV$sp();
    }

    public void apply$mcV$sp() {
        this.number$2.elem = 456;
        Predef..MODULE$.println(BoxesRunTime.boxToInteger(this.number$2.elem));
    }

    public TryUsingAnonymousClassInScala$$anonfun$1(TryUsingAnonymousClassInScala $outer, IntRef number$2) {
        this.number$2 = number$2;
    }
}

可以看到number也是通过构造方法的参数传入的,但是与Java的不同是这里的number不是直接传入的,是被IntRef包装了一层然后才传入的。对number的值修改也是通过包装类进行的:this.number$2.elem = 456;

这样就保证了lambda表达式内外访问到的是同一个对象。

再来看看C#的处理方式,反编译一下,发现C#编译器生成了如下的一个类:

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private sealed class <tryUsingLambda>c__AnonStorey0
{
  internal int number;

  internal void <>m__0 ()
  {
      this.number = 456;
      Console.WriteLine (this.number);
  }
}

把number包装在这个类内,这样就保证了lambda表达式内外使用的都是同一个number,即便重新赋值也可以保证内外部的数据是同步的。

小结

Scala和C#的编译器通过把局部变量包装在另一个对象中,来实现lambda表达式内外的数据同步。

而Java的编译器由于未知的原因(怀疑是为了图省事儿?)没有做包装局部变量这件事儿,于是就只好强制用户把局部变量声明为final才能在匿名内部类中使用来避免数据不同步的问题。

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