从 闭包 到 final 变量 浅析

1. 闭包（Closure）
什么是闭包，大白话不怎么严谨的说就是：
1）一个依赖于外部环境自由变量的函数
2） 这个函数能够访问外部环境里的自由变量

看下面这个 Javascript 闭包的例子：

function Add(y) {  
    return function(x) {  
        return x + y  
    }  
}

对内部函数function(x)来讲，y就是自由变量，而且function(x)的返回值，依赖于这个外部自由变量y。而往上推一层，外围Add(y)函数正好就是那个包含自由变量y的环境。而且Javascript的语法允许内部函数function(x)访问外部函数Add(y)的局部变量。满足这三个条件，所以这个时候，外部函数Add(y)对内部函数function(x)构成了闭包。
闭包的结构，如果用λ演算表达式来写，就是多参数的Currying技术。
> λx.λy.x+y
但在Java中我们看不到这样的结构。因为Java主流语法不允许这样的直接的函数套嵌和跨域访问变量。

2. 类和对象
但Java中真的不存在闭包吗？正好相反，Java到处都是闭包，所以反而我们感觉不出来在使用闭包。因为Java的“对象”其实就是一个闭包。其实无论是闭包也好，对象也好，都是一种数据封装的手段。看下面这个类，

class Add{
    private int x=2;
    public int add(){
    int y=3;
        return x+y;
    }
}

看上去x在函数add()的作用域外面，但是通过Add类实例化的过程，变量”x“和数值”2“之间已经绑定了，而且和函数add()也已经打包在一起。add()函数其实是透过this关键字来访问对象的成员字段的。

3. Java内部类是闭包：包含指向外部类的指针
那Java里有没有除了实例对象之外的闭包结构？Java中的内部类就是一个典型的闭包结构。例子如下，

public class Outer {
    private class Inner{
        private y=100;
        public int innerAdd(){
            return x+y;
        }
    }
    private int x=100;
}

下图画的就是上面代码的结构。内部类（Inner Class）通过包含一个指向外部类的引用，做到自由访问外部环境类的所有字段，变相把环境中的自由变量封装到函数里，形成一个闭包。

4. 别扭的匿名内部类
但Java匿名内部类就做得比较尴尬。下面这个例子中，getAnnoInner负责返回一个匿名内部类的引用。

interface AnnoInner(){addXYZ();}
public class Outer {
    public AnnoInner getAnnoInner(final int x){
        final int y=100;
        return new AnnoInner(){
            int z=100;
            public int addXYZ(){return x+y+z;}
            //public void changeY(){y+=1;}    //这个函数无法修改外部环境中的自由变量y。
        };
    }
    private int num=100;
}

匿名内部类因为是匿名，所以不能显式地声明构造函数，也不能往构造函数里传参数。不但返回的只是个叫AnnoInner的接口，而且还没有和它外围环境getAnnoInner()方法的局部变量x和y构成任何类的结构。但它的addXYZ()函数却直接使用了x和y这两个自由变量来计算结果。这就说明，外部方法getAnnoInner()事实上已经对内部类AnnoInner构成了一个闭包。

但这里别扭的地方是这两个x和y都必须用final修饰，不可以修改。如果用一个changeY()函数试图修改外部getAnnoInner()函数的成员变量y，编译器通不过，

    error: cannot assign a value to final variable y

这是为什么呢？因为这里Java编译器支持了闭包，但支持地不完整。说支持了闭包，是因为编译器编译的时候其实悄悄对函数做了手脚，偷偷把外部环境方法的x和y局部变量，拷贝了一份到匿名内部类里。如下面的代码所示。

interface AnnoInner(){addXYZ();}
public class Outer {
    public AnnoInner getAnnoInner(final int x){
        final int y=100;
        return new AnnoInner(){
            int copyX=x;    //编译器相当于拷贝了外部自由变量x的一个副本到匿名内部类里。
            int copyY=y;    //编译器相当于拷贝了外部自由变量y的一个副本到匿名内部类里。
            int z=100;
            public int addXYZ(){return x+y+z;}
            //public void changeY(){y+=1;}    //这个函数无法修改外部环境中的自由变量y。
        };
    }

    private int num=100;
}

所以用R大回答里的原话说就是：

    Java编译器实现的只是capture-by-value，并没有实现capture-by-reference。

而只有后者才能保持匿名内部类和外部环境局部变量保持同步。

但Java又不肯明说，只能粗暴地一刀切，就说既然内外不能同步，那就不许大家改外围的局部变量。

5. 其他和匿名内部类相似的结构
《Think in Java》书里，只点出了匿名内部类来自外部闭包环境的自由变量必须是final的。但实际上，其他几种不太常用的内部类形式，也都有这个特性。

比如在外部类成员方法内部的内部类。

public class Outer {
    public foo(final int x){
        final int y=100;
        public class MethodInner{
            int z=100;
            public int addXYZ(){return x+y+z;}
        }
    }
}


比如在一个代码块block里的内部类。

public class Outer {
    {
        final int x=100;
        final int y=100;
        class BlockInner{
            int z=100;
            public int addXYZ(){return x+y+z;}
        }
        BlockInner bi=new BlockInner();
        num=bi.addXYZ();
    }
    private int num;
}