深入理解 Java 中的 protected 类

简介

在 Java 的面向对象编程中，访问修饰符用于控制类、方法和变量的可访问性。protected 是其中一个重要的访问修饰符，它为类成员的访问提供了一种介于包级访问和完全公开访问之间的粒度控制。本文将详细探讨 protected 在 Java 类中的概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者更好地掌握这一特性，编写出更健壮和安全的代码。

基础概念
- 什么是 protected 访问修饰符
- protected 类成员的可访问范围
使用方法
- 在类中声明 protected 成员
- 继承与 protected 成员的访问
常见实践
- 代码复用与保护
- 实现模板方法模式
最佳实践
- 何时使用 protected
- 避免过度暴露
小结
参考资料

基础概念

什么是 `protected` 访问修饰符

protected 是 Java 中的一个访问修饰符，用于修饰类的成员（包括方法和变量）。与 public 不同，protected 成员并非完全公开，外部类不能直接访问；与 private 也不同，protected 成员在一定范围内是可访问的。

`protected` 类成员的可访问范围

同包内的访问：在同一个包中的其他类可以访问 protected 成员，就好像这些成员是包级可见的（默认访问级别）。
不同包中的子类访问：如果一个类继承自包含 protected 成员的类，那么在不同包中的子类可以访问这些 protected 成员。

使用方法

在类中声明 `protected` 成员

以下是一个在类中声明 protected 变量和方法的示例：

package com.example;

public class ParentClass {
    protected int protectedVariable;
    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("This is a protected method.");
    }
}

在上述代码中，protectedVariable 和 protectedMethod 都被声明为 protected。

继承与 `protected` 成员的访问

在不同包中的子类可以访问 protected 成员，示例如下：

package com.other.example;

import com.example.ParentClass;

public class ChildClass extends ParentClass {
    public void accessProtectedMembers() {
        protectedVariable = 10;
        protectedMethod();
    }
}

在 ChildClass 中，可以直接访问从 ParentClass 继承的 protected 成员。

常见实践

代码复用与保护

通过将一些通用的方法或变量声明为 protected，可以在子类中复用这些代码，同时保护它们不被外部随意访问。例如，在一个图形绘制库中，基类 Shape 可能有一些 protected 方法用于计算图形的基本属性，子类 Circle 和 Rectangle 可以继承并使用这些方法。

package com.graphics;

public class Shape {
    protected double calculateArea() {
        // 通用的面积计算逻辑，子类可重写
        return 0;
    }
}

package com.graphics;

public class Circle extends Shape {
    private double radius;

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

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

实现模板方法模式

protected 方法在模板方法模式中非常有用。模板方法定义了一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。这些可延迟实现的步骤通常声明为 protected。

package com.template;

public abstract class AbstractTemplate {
    public final void templateMethod() {
        stepOne();
        stepTwo();
        stepThree();
    }

    protected void stepOne() {
        System.out.println("Step one implementation in base class.");
    }

    protected abstract void stepTwo();

    protected void stepThree() {
        System.out.println("Step three implementation in base class.");
    }
}

package com.template;

public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate {
    @Override
    protected void stepTwo() {
        System.out.println("Step two implementation in concrete class.");
    }
}

最佳实践

何时使用 `protected`

当希望类的某些成员对同一包中的类和子类可见时：例如，构建一个框架或库时，有些方法是供内部使用以及子类扩展的，这时使用 protected 可以确保这些方法的合理访问性。
在设计继承体系时：如果父类的某些方法或变量是为子类提供特定功能或数据的，且不希望外部类直接访问，protected 是一个很好的选择。

避免过度暴露

虽然 protected 提供了一定的保护，但也要注意不要过度暴露内部实现细节。如果一个类的 protected 成员过多，可能会破坏封装性，使得类的内部结构对外部过于透明。尽量保持 protected 成员的最小化，只暴露那些真正需要子类访问的部分。

小结

protected 访问修饰符在 Java 中为类成员的访问控制提供了一种灵活的机制。通过合理使用 protected，可以实现代码复用、保护内部实现细节以及支持继承体系的设计。在实际编程中，需要根据具体的需求和设计目标，谨慎地使用 protected 成员，以确保代码的健壮性和可维护性。

参考资料

《Effective Java》
Oracle Java 官方文档

希望本文能帮助你更深入地理解和应用 Java 中的 protected 类成员。如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言。