非靜態內部類中 static/final 成員變數相關的一道趣題

問：為什麼非靜態內部類中不能有 static 成員變數卻可以有 static final 屬性的編譯期常量？

答：這是一個陷阱題，看起來似乎很簡單，實際是一箭雙鵰，即考察了非靜態內部類相關知識，還考察了 final 的各種常量分類細則（很多人回答時會疏忽這個點）。

由於 Java 中非靜態內部類默認持有了外部類引用，也就是說可以將它看成是其外部類的一個成員，所以其必須跟外部類實例相關聯才能初始化。而靜態成員是屬於類層次的，是不需要類實例就可以初始化訪問的。此時如果假設讓一個非靜態內部類擁有了靜態變數，則其應該可以不依託於任何外部類實例就能訪問，而非靜態內部類卻沒法做到不實例化其外部類而使用，所以這種設計從語法層面就是互斥的。

而對於 static final 成員來說就不一樣了，至於為什麼不一樣我們需要先切換補充一些知識點再說。我們先看下面程序段：

上面程序片段分別編譯運行的結果在注釋部分已經給出了，在我們挨個解釋上面語句現象前先說說 Java 對常量的一些定義和處理機制。

對於 Java 中的常量其實可以分為編譯期常量和非編譯期常量。編譯期常量指的是在程序編譯階段（不需要載入類的位元組碼）就可以確定具體值的常量，其中會涉及到編譯期常量摺疊（編譯器可以語法分析計算出值的常量表達式進行計算取值）。非編譯期常量（運行期常量）指的是在程序運行階段（需要載入類的位元組碼）才可以確定具體值的常量（編譯期無法摺疊，編譯器能做的只是對所有可能修改它的地方進行檢查和報錯）。

當我們通過類名訪問被 static final 修飾的常量時，如果該常量是編譯期常量則該類不會被 JVM 載入，如果該常量是非編譯期常量則該類會被 JVM 載入。當通過類名訪問被 static 修飾的變數時都會觸該類被 JVM 載入。

有了上面這個概念我們再來分析上面代碼段的原因。由於 Java 類屬性的初始化順序為（靜態變數、靜態初始化塊）>（變數、初始化塊）> 構造器，所以 JVM 要求所有的靜態屬性必須在類對象創建之前完成初始化。故對於 t1 屬性調用處來說，必須要等到外部類 Outer 實例化之後（即有創建一個外部類對象）JVM 才能載入其內部類 Inner 的位元組碼，而我們調用處並沒有對外部類進行實例化，所以內部類 Inner 也不會被載入，而 t1 是 static 屬性，要初始化 t1 就必須先載入內部類的位元組碼；而 t3 是非編譯期常量，要初始化它們也必須載入內部類的位元組碼才能確定它們的值；只有 t2 是編譯時常量，所以不會觸發內部類載入機制；故而有了上面代碼段的結果。

所以說非靜態內部類中不能有 static 成員變數卻可以有 static final 屬性的編譯期常量而不能有 static final 屬性的運行期常量。

由此又引出了一個新的面試題和代碼優化小技巧。

為什麼我們在類中定義 static 修飾的 String 常量時經常會在它前面加上 final 修飾符？因為這樣可以使 JVM 不必載入該類的類體就能直接使用其值從而節省了內存空間。

關於本題相關拓展題目和涉及知識點題目參見如下歷史推送：

《Java final、static 關鍵字基礎面試題》

《Java 內部類(Part 1)相關面試題》

《Java 內部類(Part 2)相關面試題》

《Java 內部類(Part 3)相關面試題》

《Java 內部類(Part 4)相關面試題》

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