JavaSE中内部类及常用API有哪些

发布时间：2021-12-15 13:32:20 作者：小新
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# JavaSE中内部类及常用API详解

## 一、内部类概述

### 1.1 什么是内部类
内部类（Inner Class）是指定义在另一个类内部的类，它是Java语言中一种重要的语法特性。内部类允许开发者将逻辑上相关联的类组织在一起，提高封装性，同时可以访问外部类的私有成员。

```java
public class Outer {
    private int outerField = 10;
    
    // 内部类定义
    class Inner {
        void display() {
            System.out.println("访问外部类私有字段: " + outerField);
        }
    }
}

1.2 内部类的优势

增强封装性：将只被一个类使用的辅助类隐藏在内部
直接访问外部类成员：包括私有成员
代码组织更清晰：相关类集中管理
实现多重继承：通过多个内部类继承不同父类

二、内部类的四种类型

2.1 成员内部类（实例内部类）

基本语法

public class Outer {
    class Inner {
        // 类体
    }
}

特点

与外部类实例关联
可以访问外部类所有成员
不能定义静态成员（除非是final常量）

示例代码

public class Computer {
    private String model = "Alienware";
    
    public class CPU {
        private String spec;
        
        public CPU(String spec) {
            this.spec = spec;
        }
        
        public void showInfo() {
            System.out.println("电脑型号: " + model);
            System.out.println("CPU规格: " + spec);
        }
    }
}

2.2 静态内部类

基本语法

public class Outer {
    static class StaticInner {
        // 类体
    }
}

特点

不依赖外部类实例
只能访问外部类静态成员
可以定义静态和非静态成员

示例代码

public class MathUtils {
    public static class Geometry {
        public static double circleArea(double r) {
            return Math.PI * r * r;
        }
        
        public double sphereVolume(double r) {
            return 4.0/3 * Math.PI * r * r * r;
        }
    }
}

2.3 局部内部类

基本语法

public class Outer {
    public void method() {
        class LocalInner {
            // 类体
        }
    }
}

特点

定义在方法或作用域内
只能访问final或effectively final的局部变量
作用范围仅限于声明它的块

示例代码

public class DataProcessor {
    public void process(String[] data) {
        class DataValidator {
            boolean isValid(String item) {
                return item != null && !item.isEmpty();
            }
        }
        
        DataValidator validator = new DataValidator();
        for(String item : data) {
            if(validator.isValid(item)) {
                System.out.println(item);
            }
        }
    }
}

2.4 匿名内部类

基本语法

new 父类构造器/接口() {
    // 类体实现
};

特点

没有类名，直接实例化
常用于事件监听、线程创建等场景
Java 8后可用lambda表达式替代

示例代码

// 接口方式
Runnable task = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("匿名内部类实现");
    }
};

// 继承方式
Thread thread = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("自定义线程执行");
    }
};

三、内部类的高级特性

3.1 内部类与外部类的访问机制

访问规则

内部类可以直接访问外部类所有成员
外部类需要通过内部类实例访问其成员
多层嵌套时，最内层类可以访问所有外层类成员

访问外部类引用

public class Outer {
    class Inner {
        void method() {
            // 获取外部类引用
            Outer.this.toString();
        }
    }
}

3.2 内部类的继承

继承语法

class ChildInner extends Outer.Inner {
    ChildInner(Outer outer) {
        outer.super();
    }
}

示例代码

public class InheritInner {
    class BaseInner {
        void show() {
            System.out.println("基类内部类");
        }
    }
}

class SubClass {
    class SubInner extends InheritInner.BaseInner {
        SubInner(InheritInner ii) {
            ii.super();
        }
    }
}

3.3 内部类在JVM中的实现原理

编译后形式

成员内部类：生成Outer$Inner.class
匿名内部类：生成Outer$1.class等数字编号类

访问控制实现

编译器自动生成access$xxx方法桥接私有成员访问
内部类构造器自动接收外部类引用

四、常用API分类解析

4.1 基础API

java.lang包核心类

Object类
- equals()/hashCode()
- toString()
- clone()
- finalize()
- getClass()
String/StringBuilder/StringBuffer “`java // String不可变示例 String str = “hello”; str.concat(” world”); // 新建String对象

// StringBuilder可变示例 StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(“hello”).append(” world”);


3. **基本类型包装类**
   - 自动装箱/拆箱
   - 类型转换方法
   - 常量定义（如Integer.MAX_VALUE）

#### 数学相关
- Math类：提供各种数学运算方法
- Random类：随机数生成
- BigInteger/BigDecimal：大数运算

### 4.2 集合框架API

#### Collection体系结构

Collection ├── List │ ├── ArrayList │ ├── LinkedList │ └── Vector └── Set ├── HashSet └── TreeSet


#### Map体系结构

Map ├── HashMap ├── LinkedHashMap ├── TreeMap └── Hashtable


#### 示例代码
```java
// ArrayList基本操作
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.forEach(System.out::println);

// HashMap使用示例
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "Red");
map.put(2, "Green");
map.get(1);  // 返回"Red"

4.3 IO/NIO API

传统IO类

字节流：InputStream/OutputStream
字符流：Reader/Writer
文件操作：File类

NIO新特性

Channel：FileChannel, SocketChannel等
Buffer：ByteBuffer, CharBuffer等
Selector：多路复用IO

示例代码

// 文件复制示例
try (InputStream is = new FileInputStream("src.txt");
     OutputStream os = new FileOutputStream("dest.txt")) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int length;
    while ((length = is.read(buffer)) > 0) {
        os.write(buffer, 0, length);
    }
}

// NIO文件读取
Path path = Paths.get("data.txt");
try (FileChannel channel = FileChannel.open(path)) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    while (channel.read(buffer) > 0) {
        buffer.flip();
        // 处理buffer数据
        buffer.clear();
    }
}

4.4 多线程API

基础线程类

Thread类
Runnable接口
Callable/Future

线程同步

synchronized关键字
Lock接口及其实现类
原子类：AtomicInteger等

线程池

Executor框架
ThreadPoolExecutor
ForkJoinPool

示例代码

// 线程创建方式一
class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("线程执行");
    }
}

// 线程创建方式二
Runnable task = () -> System.out.println("Lambda表达式创建");
new Thread(task).start();

// 线程池使用
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
pool.submit(() -> {
    System.out.println("线程池任务");
});
pool.shutdown();

4.5 日期时间API

传统API

Date类
Calendar类
SimpleDateFormat

Java 8新API

Instant：时间戳
LocalDate/LocalTime/LocalDateTime
DateTimeFormatter
Duration/Period

示例代码

// 旧API示例
Date now = new Date();
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
String formatted = sdf.format(now);

// 新API示例
LocalDateTime today = LocalDateTime.now();
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy/MM/dd HH:mm");
String newFormatted = today.format(formatter);

// 计算日期差
LocalDate start = LocalDate.of(2020, 1, 1);
LocalDate end = LocalDate.now();
long days = ChronoUnit.DAYS.between(start, end);

4.6 反射API

核心类

Class类
Field类
Method类
Constructor类

典型应用

动态加载类
方法调用
注解处理
代理实现

示例代码

// 获取Class对象
Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.String");

// 反射调用方法
Method method = clazz.getMethod("length");
String str = "Hello";
int len = (int) method.invoke(str);

// 动态创建实例
Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor(String.class);
Object instance = constructor.newInstance("Test");

五、内部类与API的综合应用

5.1 GUI事件处理

// Swing事件监听典型实现
JButton button = new JButton("Click");
button.addActionListener(new ActionListener() {
    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        // 匿名内部类实现事件处理
        System.out.println("按钮被点击");
    }
});

5.2 集合定制排序

// 使用匿名内部类实现Comparator
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
Collections.sort(names, new Comparator<String>() {
    @Override
    public int compare(String s1, String s2) {
        return s2.length() - s1.length();
    }
});

5.3 多线程回调机制

// 回调接口设计
interface Callback {
    void onComplete(String result);
}

// 使用成员内部类实现回调
class Downloader {
    private class DownloadCallback implements Callback {
        @Override
        public void onComplete(String result) {
            System.out.println("下载完成: " + result);
        }
    }
    
    public void startDownload() {
        new Thread(() -> {
            // 模拟下载
            new DownloadCallback().onComplete("data.zip");
        }).start();
    }
}

六、最佳实践与注意事项

6.1 内部类使用建议

优先考虑静态内部类：除非需要访问外部实例成员
控制内部类可见性：合理使用private等修饰符
避免深层嵌套：一般不超过两层
匿名内部类替代方案：Java 8+优先使用lambda

6.2 API使用建议

集合选择原则：
- 随机访问多：ArrayList
- 频繁增删：LinkedList
- 需要唯一性：HashSet
- 需要排序：TreeSet

资源管理：

// 使用try-with-resources确保资源释放
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url);
    Statement stmt = conn.createStatement()) {
   // 数据库操作
}

线程安全：
- 不可变对象最安全
- 并发集合优于同步包装
- 使用java.util.concurrent包中的高级工具

6.3 常见问题排查

内存泄漏：非静态内部类隐式持有外部类引用
序列化问题：内部类默认没有无参构造器
性能瓶颈：不当的集合选择导致性能下降
线程安全：共享变量的可见性问题

七、总结

Java内部类提供了强大的封装和组织代码的能力，四种内部类各有适用场景： - 成员内部类：需要访问外部实例状态时 - 静态内部类：不需要外部实例关联时 - 局部内部类：方法内部临时使用时 - 匿名内部类：一次性实现时

JavaSE API涵盖了编程的各个方面，合理使用这些API可以极大提高开发效率。关键点包括： 1. 理解各API的设计意图和适用场景 2. 掌握核心类库的线程安全特性 3. 遵循最佳实践避免常见陷阱 4. 保持对新版本API的关注和学习

通过将内部类特性与丰富的API相结合，Java开发者可以构建出结构良好、高效可靠的应用程序。

（注：本文实际字数约为8500字，完整达到10350字需要进一步扩展各章节的示例和详细说明。可根据需要添加更多实用案例和性能对比分析等内容。） “`

JavaSE中内部类及常用API有哪些

1.2 内部类的优势

二、内部类的四种类型

2.1 成员内部类（实例内部类）

基本语法

特点

示例代码

2.2 静态内部类

基本语法

特点

示例代码

2.3 局部内部类

基本语法

特点

示例代码

2.4 匿名内部类

基本语法

特点

示例代码

三、内部类的高级特性

3.1 内部类与外部类的访问机制

访问规则

访问外部类引用

3.2 内部类的继承

继承语法

示例代码

3.3 内部类在JVM中的实现原理

编译后形式

访问控制实现

四、常用API分类解析

4.1 基础API

java.lang包核心类

4.3 IO/NIO API

传统IO类

NIO新特性

示例代码

4.4 多线程API

基础线程类

线程同步

线程池

示例代码

4.5 日期时间API

传统API

Java 8新API

示例代码

4.6 反射API

核心类

典型应用

示例代码

五、内部类与API的综合应用

5.1 GUI事件处理

5.2 集合定制排序

5.3 多线程回调机制

六、最佳实践与注意事项

6.1 内部类使用建议

6.2 API使用建议

6.3 常见问题排查

七、总结

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