Effective Java笔记：要在公有类而非公有域中使用访问方法
在公有类中使用访问方法而非公有域
在面向对象编程中的封装原则（encapsulation）强调，类的实现细节应该对外界隐藏，而只通过控制良好的接口进行交互。这条规则同样适用于类的成员变量（域）：不要暴露公共域，而是通过访问方法（getter 和 setter）进行操作。这种方法有助于实现封装、提高代码的灵活性和可维护性、降低耦合。
1. 为什么公有类中不应使用公有域？
1.1 暴露内部实现细节
如果直接使用公有域，外界代码会直接访问或修改类的成员变量，其使用方式可能依赖这些变量的当前实现。一旦你需要修改类的实现（比如改变成员变量的结构或语义），就会破坏依赖这些字段的代码。
例子：
public class Point {public int x; // 公共域public int y;
}
此时，外界可以直接访问并修改 Point 的内容：
Point p = new Point();
p.x = 10; // 直接操作
p.y = 20;
如果有一天你需要用极坐标来表示 Point（使用 radius 和 theta 替代 x 和 y），你将不可能对其进行修改，因为外界代码严重依赖 x 和 y。
1.2 难以添加限制和验证逻辑
直接对公共域赋值，无法限制赋值的合法性或加入额外的验证逻辑。
例子：
假设你希望 Point 的 x 和 y 坐标始终为非负数，直接使用公共域将无法实现此约束：
Point p = new Point();
p.x = -10; // 无法阻止非法赋值
1.3 打破封装，导致不可维护
如果成员变量是公开的，外部代码甚至可能直接修改该变量为非法的状态（即使它对于类而言是不一致或不安全的）。这打破了封装原则，降低了类的维护性。
2. 使用访问方法的好处
更推荐的做法是将类的成员变量声明为私有（private），并提供公有的访问方法（getter 和 setter）来控制对这些变量的访问和修改。访问方法可以提供以下好处：
2.1 提供灵活性：隐藏实现细节
通过访问方法，可以对外暴露一种“接口化”的行为，而隐藏变量的实际实现方式。即使将来更改变量的存储方式，访问方法也可以保持接口稳定。
改进的实现：
public class Point {private int x; // 私有变量private int y;// Getter 方法public int getX() {return x;}public int getY() {return y;}// Setter 方法public void setX(int x) {if (x < 0) { // 添加合法性校验throw new IllegalArgumentException("x must be non-negative");}this.x = x;}public void setY(int y) {if (y < 0) {throw new IllegalArgumentException("y must be non-negative");}this.y = y;}
}
即使未来 Point 从笛卡尔坐标改为极坐标表示（radius 和 theta），仍然可以通过 getter 和 setter 提供不变的 getX() 和 getY() 接口，从而保证外界代码不受影响。
2.2 支持验证逻辑和额外行为
访问方法可以在读取或写入数据时执行合法性检查、数据转换等操作，而直接暴露公共域就不能做到这一点。
改进后：
public class Temperature {private double celsius; // 温度以摄氏为内部存储单位// Getter：以摄氏为单位返回温度public double getCelsius() {return celsius;}// Setter：合法性校验public void setCelsius(double celsius) {if (celsius < -273.15) { // 合法性校验：避免低于绝对零度throw new IllegalArgumentException("Temperature cannot be below absolute zero");}this.celsius = celsius;}// 额外 Getter：以华氏为单位返回温度public double getFahrenheit() {return celsius * 9 / 5 + 32;}// 额外 Setter：接收以华氏为单位的温度public void setFahrenheit(double fahrenheit) {setCelsius((fahrenheit - 32) * 5 / 9);}
}
优势：
外界可以以摄氏或华氏为单位使用 Temperature 类，而类内部始终以摄氏存储温度值。
2.3 提高类的易维护性和安全性
将数据的内部表示与访问方式解耦，如果未来修改了内部逻辑或存储方式，只需调整访问器方法，而无需修改客户端代码。这种封装可以让类更加容易维护。
2.4 支持只读或条件性访问
访问方法提供更好的权限控制。例如，可以通过只提供 getter 不提供 setter 来实现只读字段；或者根据上下文条件决定访问权限。
示例：只读成员
public class Circle {private final double radius; // 半径public Circle(double radius) {if (radius <= 0) {throw new IllegalArgumentException("Radius must be positive");}this.radius = radius;}public double getRadius() { // 仅提供 getterreturn radius;}
}
示例：条件性访问
public class Account {private double balance;public Account(double initialBalance) {this.balance = initialBalance;}public double getBalance(User user) {if (!user.hasPermission("VIEW_BALANCE")) {throw new SecurityException("User does not have permission to view balance");}return balance;}
}
3. 使用访问方法的注意事项
3.1 避免滥用访问方法
虽然访问方法是一个好的设计实践，但并非所有字段都需要访问方法。只用当字段需要与外界交互时，才需要提供访问器（getter/setter）。否则，保持字段为私有并在类内部管理即可。
3.2 不要过度细化访问方法
访问方法应该符合逻辑需求，而不是一味为所有字段都添加 getter 和 setter。这可能会导致不必要的代码膨胀。
3.3 final 字段与访问方法
当字段确实应该不可变时，可以将其声明为 final，且仅提供 getter。
4. 书中案例
原始问题：直接暴露数组
在《Effective Java》中提到了一个常见问题：用 public 数组暴露类的内部数据。
public class Test {public static final String[] VALUES = {"a", "b", "c"}; // 直接暴露
}
问题：外部代码可以通过引用直接修改 VALUES 的内容：
Test.VALUES[0] = "z"; // 修改了内部数组
解决：通过访问方法返回副本
通过访问器返回数组的副本，使得外界不能直接修改 VALUES：
public class Test {private static final String[] VALUES = {"a", "b", "c"};public static String[] getValues() {return VALUES.clone(); // 返回副本}
}
这样，外界修改副本时不会影响原数组：
String[] valuesCopy = Test.getValues();
valuesCopy[0] = "z"; // 不影响原数组
5. 总结
- 封装的核心原则是：将实现隐藏，暴露必要的功能接口。
- 禁止直接暴露公有域，应使用访问方法（getter 和 setter）来操作私有字段。
- 使用访问方法的优点包括：
- 隐藏实现细节，提高灵活性。
- 支持数据校验、转换等附加逻辑。
- 提高代码的可维护性，易于以后扩展。
- 防止外界直接修改类的内部状态，保证数据一致性。