Java `protected` 关键字深入解析

简介

在 Java 编程中，访问修饰符用于控制类、方法和变量的访问权限。protected 是 Java 中一种重要的访问修饰符，它的访问权限介于 private 和 public 之间。理解 protected 的工作机制和使用场景，有助于开发者更好地设计和组织代码，提高代码的安全性和可维护性。本文将详细介绍 protected 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。

基础概念

在 Java 中，protected 访问修饰符可以应用于类的成员（字段和方法）。使用 protected 修饰的成员具有以下访问规则： - 同一类内部：可以直接访问 protected 成员。 - 同一包内：同一包内的其他类可以访问 protected 成员。 - 不同包的子类：不同包的子类可以通过继承来访问父类的 protected 成员。

与其他访问修饰符对比： - private：只有同一类内部可以访问。 - public：任何类都可以访问。 - default（不写修饰符）：同一包内可以访问。

使用方法

同一类内部访问

class SameClassAccess {
    protected int protectedField = 10;

    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("This is a protected method.");
    }

    public void accessProtectedMembers() {
        // 同一类内部可以直接访问 protected 成员
        System.out.println(protectedField);
        protectedMethod();
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SameClassAccess obj = new SameClassAccess();
        obj.accessProtectedMembers();
    }
}

同一包内访问

// 文件路径：com/example/samepackage/ParentClass.java
package com.example.samepackage;

public class ParentClass {
    protected int protectedField = 20;

    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("Protected method in ParentClass.");
    }
}

// 文件路径：com/example/samepackage/ChildClass.java
package com.example.samepackage;

public class ChildClass {
    public void accessParentProtectedMembers() {
        ParentClass parent = new ParentClass();
        // 同一包内可以访问 protected 成员
        System.out.println(parent.protectedField);
        parent.protectedMethod();
    }
}

// 文件路径：com/example/samepackage/Main.java
package com.example.samepackage;

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

不同包的子类访问

// 文件路径：com/example/differentpackage/ParentClass.java
package com.example.differentpackage;

public class ParentClass {
    protected int protectedField = 30;

    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("Protected method in ParentClass.");
    }
}

// 文件路径：com/example/anotherpackage/ChildClass.java
package com.example.anotherpackage;

import com.example.differentpackage.ParentClass;

public class ChildClass extends ParentClass {
    public void accessParentProtectedMembers() {
        // 不同包的子类可以通过继承访问父类的 protected 成员
        System.out.println(protectedField);
        protectedMethod();
    }
}

// 文件路径：com/example/anotherpackage/Main.java
package com.example.anotherpackage;

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

常见实践

封装和继承

protected 可以用于在父类中封装一些实现细节，同时允许子类访问这些细节。例如，在一个图形类库中，父类 Shape 可以有一些 protected 方法，用于计算图形的面积和周长，子类可以继承这些方法并进行扩展。

abstract class Shape {
    protected double calculateArea() {
        return 0;
    }

    protected double calculatePerimeter() {
        return 0;
    }
}

class Circle extends Shape {
    private double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    protected double calculateArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }

    @Override
    protected double calculatePerimeter() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }
}

回调机制

在一些框架中，protected 方法可以用于实现回调机制。父类定义一些 protected 方法作为回调接口，子类可以重写这些方法来实现特定的逻辑。

class BaseFramework {
    protected void onTaskCompleted() {
        // 默认实现
    }

    public void performTask() {
        // 执行任务
        System.out.println("Task is being performed.");
        // 任务完成后调用回调方法
        onTaskCompleted();
    }
}

class CustomFramework extends BaseFramework {
    @Override
    protected void onTaskCompleted() {
        System.out.println("Custom logic after task completion.");
    }
}

最佳实践

遵循最小权限原则

只将需要被子类访问的成员声明为 protected，避免过度暴露类的实现细节。

文档化 `protected` 成员

在代码注释中清晰地说明 protected 成员的用途和使用方式，方便其他开发者理解和使用。

避免滥用 `protected`

尽量使用 private 修饰符，只有在确实需要子类访问时才使用 protected。

小结

protected 访问修饰符在 Java 中提供了一种灵活的访问控制机制，允许同一包内的类和不同包的子类访问类的成员。通过合理使用 protected，可以实现封装和继承的良好结合，提高代码的可维护性和安全性。在实际开发中，要遵循最小权限原则，避免滥用 protected，并对 protected 成员进行清晰的文档化。

参考资料

《Effective Java》
Oracle Java 官方文档
《Java 核心技术》

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