Java 中 private 与 protected 的深入剖析

简介

在 Java 编程中，访问修饰符是控制类成员（字段和方法）可访问性的重要工具。private 和 protected 是其中两个关键的访问修饰符，它们在封装性和继承性方面有着不同的作用。理解 private 和 protected 的区别和使用场景，对于编写高质量、可维护的 Java 代码至关重要。本文将详细介绍 private 和 protected 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。

基础概念

private

private 是 Java 中访问级别最严格的修饰符。当一个类成员（字段或方法）被声明为 private 时，它只能在声明该成员的类内部被访问。这意味着其他类，包括子类，都无法直接访问该成员。private 主要用于实现封装，将类的内部状态和实现细节隐藏起来，只暴露必要的公共接口。

protected

protected 修饰符的访问级别介于 private 和 public 之间。一个 protected 成员可以在声明该成员的类内部、同一个包内的其他类以及该类的子类中被访问。protected 主要用于在继承体系中，允许子类访问父类的某些成员，同时限制其他无关类的访问。

使用方法

private 的使用方法

class PrivateExample {
    // 私有字段
    private int privateField = 10;

    // 私有方法
    private void privateMethod() {
        System.out.println("This is a private method.");
    }

    // 公共方法，用于间接访问私有字段和方法
    public void accessPrivateMembers() {
        System.out.println("Accessing private field: " + privateField);
        privateMethod();
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PrivateExample example = new PrivateExample();
        example.accessPrivateMembers();

        // 以下代码会编译错误，因为无法直接访问私有成员
        // System.out.println(example.privateField);
        // example.privateMethod();
    }
}

在上述代码中，privateField 和 privateMethod 被声明为 private，只能在 PrivateExample 类内部被访问。通过 accessPrivateMembers 公共方法，我们可以间接访问这些私有成员。

protected 的使用方法

package com.example.parent;

// 父类
class ParentClass {
    // 受保护字段
    protected int protectedField = 20;

    // 受保护方法
    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("This is a protected method.");
    }
}

package com.example.child;

import com.example.parent.ParentClass;

// 子类
class ChildClass extends ParentClass {
    public void accessProtectedMembers() {
        System.out.println("Accessing protected field: " + protectedField);
        protectedMethod();
    }
}

package com.example.samepackage;

import com.example.parent.ParentClass;

// 同一包内的类
class SamePackageClass {
    public void accessProtectedMembers(ParentClass parent) {
        System.out.println("Accessing protected field: " + parent.protectedField);
        parent.protectedMethod();
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ChildClass child = new ChildClass();
        child.accessProtectedMembers();

        ParentClass parent = new ParentClass();
        SamePackageClass samePackage = new SamePackageClass();
        samePackage.accessProtectedMembers(parent);
    }
}

在上述代码中，ParentClass 中的 protectedField 和 protectedMethod 被声明为 protected。ChildClass 作为 ParentClass 的子类，可以直接访问这些受保护成员。SamePackageClass 与 ParentClass 在同一包内，也可以访问这些受保护成员。

常见实践

private 的常见实践

封装类的内部状态：将类的字段声明为 private，通过公共的 getter 和 setter 方法来控制对这些字段的访问。这样可以确保数据的完整性和安全性。

class EncapsulationExample {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        if (name != null && !name.isEmpty()) {
            this.name = name;
        }
    }
}

隐藏实现细节：将一些辅助方法声明为 private，避免外部类直接调用这些方法，提高代码的可维护性。

protected 的常见实践

在继承体系中共享代码：父类可以将一些通用的方法或字段声明为 protected，供子类继承和使用。

class Shape {
    protected double area;

    protected void calculateArea() {
        // 具体的面积计算逻辑
    }
}

class Circle extends Shape {
    @Override
    protected void calculateArea() {
        // 圆形的面积计算逻辑
    }
}

限制包外类的访问：当一个类希望在同一个包内和子类中共享某些成员，但不希望其他包的类直接访问时，可以使用 protected 修饰符。

最佳实践

private 的最佳实践

最小化访问级别：尽量将类成员声明为 private，除非有必要将其暴露给其他类。这样可以提高类的封装性和安全性。
避免滥用公共 setter 方法：在设计 setter 方法时，要进行必要的参数验证，确保数据的有效性。

protected 的最佳实践

明确继承关系：在使用 protected 成员时，要确保子类和父类之间有明确的继承关系，避免滥用 protected 导致代码的可维护性下降。
文档化 protected 成员的使用：在文档中清晰地说明 protected 成员的用途和使用方法，方便其他开发者理解和使用。

小结

private 和 protected 是 Java 中重要的访问修饰符，它们在封装性和继承性方面有着不同的作用。private 用于隐藏类的内部状态和实现细节，提高类的封装性和安全性；protected 用于在继承体系中共享代码，同时限制包外类的访问。在实际编程中，要根据具体的需求选择合适的访问修饰符，遵循最小化访问级别的原则，编写高质量、可维护的 Java 代码。

参考资料

《Effective Java》（第三版）