Java中的内部类与子类

Kahen大约 6 分钟

Java中的内部类与子类

在本教程中，我们将更仔细地研究Java中的两个重要构造：内部类和子类。Java中编写类的两种不同方式，它们的使用方式也有所不同。

面向对象编程的一个核心原则是继承。它引入了一个类继承另一个类，即父类的属性和行为的概念。继承和子类的使用促进了代码的可重用性和类的层次结构组织。

子类定义了与父类的“是一个”关系，即子类的对象也是其父类的对象。这支持了多态性的概念，并通过允许我们通过共同的父类与不同子类的实例一起工作，促进了更通用的编码。

定义和使用子类还允许我们创建高度专业化的类，这些类可以扩展和覆盖其父类的具体功能。这支持了SOLID原则中的开放封闭原则。

3. Java中的内部类

内部类是Java中嵌套类的一种形式，它们在另一个宿主类的边界内定义。

Java中有多种类型的内部类，例如嵌套内部类、静态内部类、方法局部内部类和匿名内部类。虽然这些内部类彼此略有不同，但内部类的核心思想保持不变。这种安排促进了更紧密的封装，并提高了可读性，因为如果内部类在外部类之外没有使用，这种内部类就没有意义。因此，这种方法提供了一种改进的类分组方法。

内部类始终与外部类保持在同一文件中。除非我们定义了一个静态内部类，否则我们不能在不使用外部类的实例的情况下实例化内部类。

4. 子类的需求

在这一部分，我们将通过一个通知系统的例子来演示子类的属性。通知模块的主要组件是一个_Notifier_类，其目的是发送通知：

public class Notifier {
    void notify(Message e) {
        // 通过电子邮件发送消息的实现细节
    }
}

_Message_类封装了要传递的消息的相关内容。

这个_Notifier_类太通用了，没有定义发送不同类型的通知的方法。如果我们的系统只能发送电子邮件，这个类就很好。然而，如果我们想扩展系统的功能到其他通信渠道，比如短信或电话，就达到了它的极限。

实现这一点的一种方法是在这个类内部定义多个方法，并将每个方法分配给通过特定渠道发送通知的责任：

public class Notifier {
    void notifyViaEmail(Message e) {
        // 通过电子邮件发送消息的实现细节
    }

    void notifyViaText(Message e) {
        // 通过短信发送消息的实现细节
    }

    void notifyViaCall(Message e) {
        // 进行外拨电话
    }
}

这种方法有很多缺点：

_Notifier_类有太多的责任，对不同渠道了解得太多
每增加一个新的渠道，类的体积就会成倍增加
这种设计没有考虑到某些通信渠道本身的不同实现需求，比如RCS、SMS/MMS

为了解决这些问题，我们采用面向对象编程中的继承范式，并进行重构。

我们将_Notifier_类作为系统的基类或父类，并使其_抽象化_：

public abstract class Notifier {
    abstract void notify(Message e);
}

有了这个改变，Notifier_类就不知道通知逻辑或渠道了。它依赖于其子类来定义行为。我们所有的通信渠道都与_Notifier_表现出_是一个_关系，例如_EmailNotifier_是一个_Notifier：

public class EmailNotifier extends Notifier {
    @Override
    void notify(Message e) {
        // 在这里提供电子邮件特定的实现
    }
}

public class TextMessageNotifier extends Notifier {
    @Override
    void notify(Message e) {
        // 在这里提供短信特定的实现
    }
}

public class CallNotifier extends Notifier {
    @Override
    void notify(Message e) {
        // 在这里提供电话呼叫特定的实现
    }
}

通过这种方法，我们可以按需要扩展我们的系统到任意多的特定渠道实现。我们可以按需要定义特定子类实现的实例，并使用它：

void notifyMessages() {
    // 发送短信
    Message textMessage = new Message();
    Notifier textNotifier = new TextMessageNotifier();

    textNotifier.notify(textMessage);

    // 发送电子邮件消息
    Message emailMessage = new Message();
    Notifier emailNotifier = new EmailNotifier();

    emailNotifier.notify(emailMessage);
}

我们在Java JDK中发现继承和子类的使用非常丰富。以Java的_Collection_ API为例。我们有一个_AbstractList_类，在Collections API中，它被具体实现如_LinkedList_、_ArrayList_和_Vector_等子类所扩展。

5. 内部类的需求

内部类有助于在仍然以类的形式封装的同时，定位重要的代码构造。 在我们之前的例子中，通知器使用不同的底层通知逻辑，这些逻辑可能彼此非常不同。

例如，电子邮件通知器可能需要有关SMTP服务器的信息和其他逻辑来发送电子邮件。另一方面，短信通知器可能需要一个电话号码来发送短信。在所有这些通知器中，共享的代码很少。它们也只在它们自己的通知器上下文中有用。

我们的_EmailNotifier_实现将需要有关SMTP服务器的信息和访问权限，以发送电子邮件。我们可以将与连接和发送电子邮件相关的样板代码作为内部类编写：

class EmailNotifier extends Notifier {
    @Override
    void notify(Message e) {
        // notify方法实现
    }

    // 用于电子邮件连接的内部类
    static class EmailConnector {
        private String emailHost;
        private int emailPort;
        // Getter Setters

        private void connect() {
            // 连接到smtp服务器
        }
    }
}

我们随后可以在外部类的_notify()_方法中使用内部类来发送电子邮件：

@Override
void notify(Message e) {
    // 连接到电子邮件连接器并发送电子邮件
    EmailConnector emailConnector = new EmailConnector();
    emailConnector.connect();
    // 发送电子邮件
}

Java JDK中内部类的使用可以在_List_接口的_LinkedList_实现中找到。 _Node_类被创建为静态内部类，因为它在_LinkedList_之外的使用毫无意义且不必要。类似的方法在_HashMap_类的设计与实现中也被采用，它使用_Entry_作为内部类。

6. 子类和内部类之间的差异

我们可以将Java中子类和内部类之间的差异总结如下：

内部类总是与外部类保持在同一个文件中，而子类可以是独立的
一般来说，内部类不能访问其外部类的成员变量或方法，而子类可以从其父类访问
我们不能直接实例化内部类（除非它们是静态内部类），而子类可以
我们主要创建内部类作为小型辅助类；然而，子类有助于覆盖父类的功能性

7. 结论

在本文中，我们讨论了子类、内部类以及它们在编写模块化面向对象代码中的作用。我们还查看了它们之间的区别以及何时选择一个而不是另一个。

如常，本教程的完整实现可以在GitHub上找到。