【升级到Java 17】密封类

清疚 2023-10-02 10:44 37阅读 0赞

提到密封类，需要首先介绍Java的继承机制。

**Java继承机制**

Java的继承机制的设计理念是开放的。在满足可见性限制的前提下，类默认都是可以被继承的。

这种开放的继承机制在有些情况下会产生问题。比如，子类用来列举设计中可能出现的情况。考虑下面的继承体系结构：

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形状类下的子类有圆形、长方形和三角形。这表示了系统中所支持的形状类型。在开放继承时，如果使用这个库的代码添加了另外一个形状类的子类，比如六边形，可能产生运行时的错误，因为库的代码中并没有相应的支持。

在引入密封类之前，Java中有两种做法可以对继承进行限制。

*  第一种做法是把类声明为 `final`，禁止任何子类。
 *  第二种做法是使用包可见的构造器，允许来自同一个 Java 包的子类。

这两种做法都存在一定的局限性。

**密封类**

密封类在 Java 15 中以预览功能的形式引入，在 Java 16 再次预览，在 Java 17 中成为正式功能。

密封类由 `sealed` 修饰符和 `permits` 子句组成。`sealed` 修饰符表示当前类是密封的，`permits` 则显式的列出来全部允许的子类。比如，下面代码中的 `Shape` 类。`Shape` 只允许3个子类，`Circle`、`Rectangle` 和 `Triangle`。

public abstract sealed class Shape permits Circle, Rectangle, Triangle {
    
    }
    
    public final class Circle extends Shape {
    
    }
    
    public final class Rectangle extends Shape {
    
    }
    
    public final class Triangle extends Shape {
    
    }

可以在 `permits` 中出现的子类需要满足两个限制：

*  如果父类在命名模块中，这些类必须在同一个模块中。
 *  如果父类在未命名模块中，这些类必须在同一个包中。

如果子类比较简单，可以把子类和父类放在同一个 Java 源文件中。此时可以省略 `permits` 子句，而由编译器来自动推断。如下面的代码所示。

public abstract sealed class Shape {
    
      final class Circle extends Shape {
    
      }
    
      final class Rectangle extends Shape {
    
      }
    
      final class Triangle extends Shape {
    
      }
    }

每个被允许的子类都需要使用修饰符来描述如何往下传递密封行为。一共有3种选择：

*  声明为 `final` 来禁止继续继承。
 *  声明为 `sealed` 以同样的方式来限制继承。
 *  声明为 `non-sealed` 来恢复为开放继承。

这3种修饰符必须选择其一，否则会出现编译错误。

下面的代码展示了相关的用法，用到了3种修饰符。

public abstract sealed class Shape {
    
      final class Circle extends Shape {
    
      }
    
      sealed class Rectangle extends Shape {
    
        final class Square extends Rectangle {
    
        }
      }
    
      non-sealed class FreeFormShape extends Shape {
    
      }
    }

**密封接口**

接口也可以被声明为 `sealed`， `permits` 子句中可以包含子接口和实现类。下面的代码给出了示例。

public sealed interface Shape {
    
      record Point(double x, double y) {
    
      }
    
      record Circle(Point center, double radius) implements Shape {
    
      }
    
      record Rectangle(Point topLeft, double width, double height) implements
          Shape {
    
      }
    }

由于记录类型都是声明为 `final` 的。记录类型很适合作为密封类或接口的子类或实现。

**反射API和JVM改动**

`java.lang.Class` 中新增了两个与密封类相关的方法。`isSealed()` 判断 `Class` 对象是否表示密封类或接口。`getPermittedSubclasses()` 返回允许的子类的数组。

在Java类文件中，新的属性 `PermittedSubclasses` 用来记录允许的子类。当 JVM 定义 Java 类时，如果当前类的父类有该属性，则当前类必须出现在父类的该属性所描述的数组中，否则JVM会抛出 `IncompatibleClassChangeError` 错误。

属性 `PermittedSubclasses` 的结构如下所示。

PermittedSubclasses_attribute {
        u2 attribute_name_index;
        u4 attribute_length;
        u2 number_of_classes;
        u2 classes[number_of_classes];
    }

关于密封类的内容，就介绍到这里。相应的视频见我的B站。

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