详解 Java 17 中新推出的密封类

小鱼儿 2023-09-29 05:21 6阅读 0赞

Java 17推出的新特性Sealed Classes经历了2个Preview版本（JDK 15中的JEP 360、JDK 16中的JEP 397），最终定稿于JDK 17中的JEP 409。Sealed Classes有两种主流翻译：密封类、封闭类。个人喜欢前者多一些，所以在本文中都称为密封类。其实Sealed Classes的其他许多语言中并不是什么新鲜事物，C\#、Scala等高级语言中都有类似的名称，但意义和作用各不相同。下面就来一起认识一下Java 17中的Sealed Classes。

### 密封类的作用 ###

在面向对象语言中，我们可以通过继承（extend）来实现类的能力复用、扩展与增强。但有的时候，有些能力我们不希望被继承了去做一些不可预知的扩展。所以，我们需要对继承关系有一些限制的控制手段。而密封类的作用就是**限制类的继承**。

### 已有的限制手段 ###

对于继承能力的控制，Java很早就已经有一些了，主要是这两种方式：

1.  `final`修饰类，这样类就无法被继承了
2.  `package-private`类（非public类），可以控制只能被同一个包下的类继承

但很显然，这两种限制方式的粒度都非常粗，如果有更精细化的限制需求的话，是很难实现的。

### 新特性：密封类 ###

为了进一步增强限制能力，Java 17中的密封类增加了几个重要关键词：

*  `sealed`：修饰类/接口，用来描述这个类/接口为密封类/接口
 *  `non-sealed`：修饰类/接口，用来描述这个类/接口为非密封类/接口
 *  `permits`：用在`extends`和`implements`之后，指定可以继承或实现的类

下面我们通过一个例子来理解这几个关键词的用法，更多Java新特性，欢迎关注[Java前沿专栏][Java]，文档形式看Java新特性，阅读学习体验更佳，持续更新，收藏保存！

假设我们要设计一个游戏，这个游戏给用户选择的英雄种类分为三大类：

*  坦克
 *  输出
 *  辅助

每个种类下又有各种不同的具体英雄。所以，从我们传统的面向设计思路，会这样来创建：

// 英雄基类
    public class Hero {
    
    }
    
    // 坦克英雄的抽象
    public class TankHero extends Hero {
    
    }
    
    // 输出英雄的抽象
    public class AttackHero extends Hero {
    
    }
    
    // 辅助英雄的抽象
    public class SupportHero extends Hero {
    
    }
    
    // 坦克英雄：阿利斯塔
    public class Alistar extends TankHero {
    
    }
    
    // 输出英雄：伊泽瑞尔
    public class Ezreal extends AttackHero {
    
    }
    
    // 辅助英雄：索拉卡
    public class Soraka extends SupportHero {
    
    }

整体结构有三层，具体如下图所示：

![6aec5f0935db456babe6a82cb32275a3.png][]

*  第一层：Hero是所有英雄的基类，定义英雄的基础属性
 *  第二层：按英雄的分类的三个不同抽象，定义同类英雄的公共属性
 *  第三层：具体英雄的定义

这个时候，为了避免开发人员在创建新英雄的时候，搞乱这样的三层结构。就可以通过引入密封类的特性来做限制。

假设我们希望第一、第二层是稳定的，对于第二层英雄种类的抽象不允许再增加，此时我们就可以这样写：

public sealed class Hero permits TankHero, AttackHero, SupportHero {
    
    }

通过`sealed`关键词和`permitspermits`关键来定义Hero是一个需要密封的类，并且它的子类只允许为`TankHero`, `AttackHero`, `SupportHero`这三个。

完成这个改造之后，我们会发现`TankHero`, `AttackHero`, `SupportHero`这三个类开始报错了，具体错误如下：

sealed, non-sealed or final modifiers expected

这是因为父类Hero被`sealed`修饰之后，`sealed`的密封要求被传递过来，此时子类就必须在`sealed`、`non-sealed`、`final`之间选择一个定义，它们分别代表：

*  `sealed`：继续延续密封类特性，可以继续指定继承的类，并传递密封定义给子类
 *  `non-sealed`：声明这个类为非密封类，可以被任意继承
 *  `final`：不允许继承

根据上面的假设需求，第一、第二层稳定，允许第三层具体英雄角色可以后期不断增加新英雄，所以三类抽象英雄的定义可以这样编写：

public non-sealed class TankHero extends Hero {
    
    }

而对于第三层的英雄角色，已经是最后的具体实现，则可以使用final定义来阻断后续的继承关系，比如这样：

public final class Ezreal extends AttackHero {
    
    }

通过这样的设置，这三层英雄的结构中第一第二层就得到了比较好的保护。

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