Java中public、protected、package-private和private的区别

技术背景

在Java编程中，访问修饰符（access modifiers）是实现封装和信息隐藏的重要工具。封装是面向对象编程的四大特性之一，它可以将数据和操作数据的方法绑定在一起，并对外部隐藏对象的内部实现细节，从而提高代码的安全性和可维护性。Java提供了四种访问修饰符：public、protected、package-private（默认，无修饰符）和private，它们分别用于控制类、方法、字段等的访问权限。

实现步骤

1. 明确访问修饰符的权限范围

以下表格总结了不同访问修饰符的访问权限：

修饰符	同一类中	同一包中	不同包的子类	不同包的非子类
public	✔️	✔️	✔️	✔️
protected	✔️	✔️	✔️	❌
package-private（无修饰符）	✔️	✔️	❌	❌
private	✔️	❌	❌	❌

2. 根据需求选择合适的访问修饰符

• private：当某个成员（字段、方法、构造函数等）只在类的内部使用，不希望被外部访问时，使用private修饰符。这样可以确保类的内部实现细节对外部隐藏，提高代码的安全性和可维护性。
• package-private：如果某个成员只需要在同一个包内的其他类中访问，而不希望被其他包的类访问，可以不使用任何修饰符，即采用默认的package-private访问级别。
• protected：当某个成员需要在同一个包内的其他类中访问，并且还允许不同包的子类访问时，使用protected修饰符。
• public：如果某个成员需要被所有类访问，无论这些类是否在同一个包中，都可以使用public修饰符。

核心代码

以下是不同访问修饰符的使用示例：

// 定义一个父类
package fatherpackage;

public class Father {
    // private字段，只能在类内部访问
    private int privateField = 1;
    // package-private字段，同一包内的类可以访问
    int packagePrivateField = 2;
    // protected字段，同一包内的类和不同包的子类可以访问
    protected int protectedField = 3;
    // public字段，所有类都可以访问
    public int publicField = 4;

    // private方法，只能在类内部访问
    private void privateMethod() {
        System.out.println("Private method");
    }

    // package-private方法，同一包内的类可以访问
    void packagePrivateMethod() {
        System.out.println("Package-private method");
    }

    // protected方法，同一包内的类和不同包的子类可以访问
    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("Protected method");
    }

    // public方法，所有类都可以访问
    public void publicMethod() {
        System.out.println("Public method");
    }
}

// 定义一个子类，位于不同的包中
package sonpackage;

import fatherpackage.Father;

public class Son extends Father {
    public void testAccess() {
        // 可以访问父类的protected和public成员
        System.out.println(protectedField);
        System.out.println(publicField);
        protectedMethod();
        publicMethod();

        // 不能访问父类的private和package-private成员
        // System.out.println(privateField); // 编译错误
        // System.out.println(packagePrivateField); // 编译错误
        // privateMethod(); // 编译错误
        // packagePrivateMethod(); // 编译错误
    }
}

// 定义一个不同包的非子类
package otherpackage;

import fatherpackage.Father;

public class OtherClass {
    public void testAccess() {
        Father father = new Father();
        // 只能访问父类的public成员
        System.out.println(father.publicField);
        father.publicMethod();

        // 不能访问父类的private、package-private和protected成员
        // System.out.println(father.privateField); // 编译错误
        // System.out.println(father.packagePrivateField); // 编译错误
        // System.out.println(father.protectedField); // 编译错误
        // father.privateMethod(); // 编译错误
        // father.packagePrivateMethod(); // 编译错误
        // father.protectedMethod(); // 编译错误
    }
}

最佳实践

• 遵循最小权限原则：在设计类和成员时，应尽量使用最严格的访问修饰符，只在必要时放宽访问权限。这样可以减少代码的耦合度，提高代码的安全性和可维护性。
• 使用private修饰字段：将类的字段声明为private，并提供public的getter和setter方法来访问和修改字段的值。这样可以对字段的访问进行控制，避免外部直接修改字段的值，从而保证数据的完整性。
• 合理使用protected修饰符：当需要在子类中扩展父类的功能时，可以将父类的某些方法声明为protected，以便子类可以重写这些方法。
• 使用public修饰公共接口：将类的公共接口（如公共方法、公共常量等）声明为public，以便其他类可以使用这些接口。

常见问题

1. protected修饰符的理解误区

很多人认为protected修饰的成员只能被子类访问，实际上，protected修饰的成员不仅可以被不同包的子类访问，还可以被同一包内的所有类访问。

2. 接口中的访问修饰符

在接口中，所有的字段默认都是public static final，所有的方法默认都是public abstract。接口中不能使用private和protected修饰符。

3. 继承时的访问权限问题

子类重写父类的方法时，访问权限不能比父类的方法更严格。例如，如果父类的方法是public的，子类重写该方法时也必须是public的。