java - 详解 Java 17 中新推出的密封类

Posted 2022-05-10 格格巫 MMQ!!

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：

final修饰类，这样类就无法被继承了
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，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：

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。