Effective Java：Ch4_Class：Item13_最小化类及其成员的可访问性

时间：2021-12-13 01:28:19

要区别一个模块是否设计良好，最重要的因素是，对于其他模块而言该模块隐藏其内部数据和其他实现细节的程度。设计良好的模块应该隐藏所有实现细节，将API与其实现清晰地隔离开来。这样，模块之间通过他们的API进行通信，而不必知道其他模块的内部工作情况。这个概念被称为信息隐藏（information hiding）或封装（encapsulation），是软件涉及的基本原则之一。

信息隐藏之所以重要有许多原因，大多数原因都源于这样一个事实：它可以将组成系统的各个模块解耦，使得这些模块可以独立地开发、测试、优化、使用、理解和修改。1、信息隐藏可以加速系统开发，因为这些模块可以并行开发。2、信息隐藏可以减轻维护负担，因为可以更快地理解这些模块，在调试时不用担心影响其他模块。3、虽然信息隐藏不会提高性能，但是他可以有效地调节性能：一旦完成了一个系统，并且通过婆媳确定了哪些模块导致性能问题，那么就能优化这些模块而无需担心影响其他模块。4、信息隐藏可以增加软件重用性，因为模块间并不紧密关联，模块除了在开发过程中的环境中有用之外，在其他环境中通常也有用。5、最后，信息隐藏减少了构建大型系统的风险，因为即便系统不可用，但这些独立的模块却可能是有用的。

Java提供了许多机制来帮助实现信息隐藏。访问控制机制可以指定类、接口及其成员的可访问性。实体的可见性是由该实体声明所在的位置，以及声明的访问修饰符决定的。正确地使用这些访问修饰符对于信息隐藏是及其关键的。

第一规则很简单：使类及其成员尽可能地不被访问。也就是说，在保证功能的情况下，使用最低的访问级别。

*类

对于*（非嵌套）的类和接口，只有两种可能的访问级别：package-private、public。如果一个*类或接口可以设置成包级私有，那就应该设成包级私有。这样它就成了实现的一部分而不是API的一部分，你可以对它修改、替换，或者在以后的版本中删除它，而不用担心影响已有的客户端。而如果你把它设成public，你就有义务永远支持它，以保证兼容性。

类成员

如果包级私有的*类（接口）仅仅只被一个类使用，那就考虑将这个*类写成私有嵌套类。这样可以把可访问范围进一步缩小，从包中的所有类缩小到使用它的那个类。然而，降低不必要的public类的访问性，比降低包级私有类的访问性要重要得多，因为public类是API的一部分，而包级私有类只是实现的一部分。

对于类成员（字段、方法、嵌套类、嵌套接口），则有四种可能的访问级别，按照可访问性递增顺序罗列如下：

  • private——成员只能被声明它的*类访问。
  • package-private——成员能被声明该成员的包中的任何类访问。也被称为default访问级别。
  • protected——成员能被声明它的类的子类访问，也能被声明该成员的包中的任何类访问。
  • public——成员能被所有类访问。

【private】【package-private】

当仔细设计好类的公共API后，你应该把所有其他成员设为private。只有当同一个包中的其他类确实需要访问该成员时，才移掉private修饰符，使该成员变成package-private。如果你经常这么做的话，你就应当重新检查你的系统设计，看看是否有另一种分解方案得到的类，与其他类的耦合度会更小。私有成员和包级私有成员都是类的实现的一部分，一般不会影响类的导出API。然而，如果类实现了Serializable，则这些成员可能会泄漏到导出API中。

【protected】

对于public类的成员，当把访问级别从package-private改为protected后，其可访问性会大大增加。protected成员是该类的导出API的一部分，并且应当永远被支持。导出类的protected成员也代表了对实现细节的公开承诺。protected成员应当少用。

有一个规则限制了你降低方法访问级别的能力：如果子类重写父类的一个方法，则子类方法的访问级别不能被父类方法低。这可以确保子类在父类出现的任何地方都能适用。如果违反了这条规则，编译器会产生一个错误信息。这个规则的一个特殊情形是，如果一个类实现一个接口，则接口中的所有方法在该类中都必须为public。这是因为接口中的所有成员都隐含着public访问级别。

为了方便测试，你可能想扩大类、接口、成员的可访问性。这在一定程度上是可以的，我们可以接受将public类的private成员变成package-private，以便来测试这个成员，但是如果扩大到更高的可访问性就不可接受了。换言之，我们不能接受仅仅为了方便测试就将类、接口、成员变成导出API的一部分。幸运的是，也不必要这么做，因为测试用例可以作为待测包的一部分来运行，这样就可以访问其package-private的成员。——如果测试用例在其他包里，怎么办？

变量

【实例变量】永远不能为public。如果实例变量不是final的，或者虽然是final，但是指向一个可变对象；如果将该实例变量设为public，则你就放弃了限制该变量取值的能力。这意味着你同时放弃了对该变量进行约束的能力、放弃了当该变量被修改时采取必要措施的能力，所以拥有public可变字段的类不是线程安全的。

即使变量是final的，并指向一个不可变对象，如果将该变量设为public，你也就放弃了将该域切换为一个新的内部数据表示的灵活性。

同样的建议也适用于【静态变量】，除了一种例外情况。你可以使用public static final变量来暴露一个常量，可以假定这个常量是该类的抽象的一部分。按惯例，这种变量名称必须大写，单词间用下划线分开。关键的一点是，这种变量要么指向基本类型，要么指向不可变对象。如果一个final变量指向一个可变对象，那么它就有非final变量的所有缺点。虽然引用不可修改，但引用的对象是可以修改的，这会导致灾难性的后果。

要注意长度非零的数组总是可变的，所以类中不能有public static final的【数组变量】，也不能有返回这种变量的方法。如果一个类中包含这种变量或方法，则客户端就能够修改数组的内容。这是安全漏洞的一个常见根源。

// Potential security hole!

public static final Thing[] VALUES = {...};

要注意，许多IDE会自动生成访问方法，返回指向private数组变量的引用，这就会导致上述问题。修正这个问题有两种方法：

1）将public的数组设为private，并添加一个public的不可变list：

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = {...};

 public static final List<Thing> VALUES =

            Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(PRIVATE_VALUES));

2）或者可以将数组设为private，并添加一个public方法来返回这个private数组的拷贝：

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = {...};

 public static final Thing[] values() {

    return PRIVATE_VALUES.clone();

 }

要在这两种方法间进行选择时，要考虑客户端可能怎么处理这个结果。那种返回类型更加方便？那种性能更好？

总之，

  1. 你应该尽可能减小可访问性。
  2. 在仔细设计一个最小的public API后，应该防止把不必要的类、接口、成员变成API的一部分。public类中，
  3. 除了public static final变量，不应该包含任何public变量。
  4. 确保public static final域引用的对象是不可变的。

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