7.4 封装与访问边界

前置知识：字段、方法、构造方法和对象不变量

预计时间：30 分钟

完成标志：能隐藏表示细节，只公开维持不变量所需的查询和业务操作

1. private 字段阻止调用者绕过规则

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Objects;

public final class Book {
    private final String isbn;
    private String title;
    private long priceCents;
    private boolean borrowed;
    private final List<String> tags = new ArrayList<>();

    public Book(String isbn, String title, long priceCents) {
        this.isbn = requireText(isbn, "isbn");
        rename(title);
        changePrice(priceCents);
    }

    public String isbn() {
        return isbn;
    }

    public String title() {
        return title;
    }

    public long priceCents() {
        return priceCents;
    }

    public boolean isBorrowed() {
        return borrowed;
    }

    public void rename(String newTitle) {
        title = requireText(newTitle, "title");
    }

    public void changePrice(long newPriceCents) {
        if (newPriceCents < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("negative price");
        }
        priceCents = newPriceCents;
    }

    public boolean borrow() {
        if (borrowed) return false;
        borrowed = true;
        return true;
    }

    public boolean returnBook() {
        if (!borrowed) return false;
        borrowed = false;
        return true;
    }

    public void addTag(String tag) {
        tags.add(requireText(tag, "tag"));
    }

    public List<String> tags() {
        return List.copyOf(tags);
    }

    private static String requireText(String value, String name) {
        Objects.requireNonNull(value, name);
        if (value.isBlank()) {
            throw new IllegalArgumentException("blank " + name);
        }
        return value;
    }
}

完整示例中的 Book 声明为 final，因此构造期间调用的 rename 和 changePrice 不会被子类替换；继承留到下一章设计。它只做非空文本校验，ISBN 格式与唯一性另属业务约束。

这里没有为每个字段机械生成 setter：

• ISBN 创建后不允许改变，因此只有查询方法。
• rename 与 changePrice 表达业务意图并集中校验。
• 借阅状态只能通过 borrow 和 returnBook 转换。
• 价格改用 long 保存最小货币单位，避免二进制浮点金额误差；币种与舍入仍需业务契约。

封装不是“private 字段 + 一组能写回任意值的 public setter”。核心是让对象自己维护有效状态，并保留改变内部表示的自由。

2. 返回可变字段时要防止外部反向修改

若 tags() 直接返回内部 ArrayList，调用者就能绕过 addTag 执行清空或加入非法值。List.copyOf(tags) 返回当前元素的不可修改快照，因此后续内部变化不会改变旧快照。

这是浅快照：若列表元素本身是可变对象，那些对象仍可能共享。List.copyOf 还拒绝 null 元素。防御策略要与元素类型和 API 契约一起设计。

另一种选择是返回只读视图。视图不能由调用者修改，却可能随内部列表变化。快照与视图没有绝对优劣，区别在于时间语义。

3. 信息隐藏允许内部实现演进

只要 public 契约不变，类内部可以：

• 把价格从 long 改成值对象；
• 为规范化书名增加缓存；
• 在公开契约本来就要求标签唯一时，把内部列表改成保持插入顺序的集合；
• 增加审计信息或状态机。

调用者依赖的是方法契约，不是字段布局。与此同时，修改返回类型、异常策略或线程安全保证仍可能破坏兼容性，不能用“封装了”掩盖契约变化。

4. 四种成员访问级别

修饰符	同一顶级类嵌套范围	同包	跨包子类	其他代码
private	是	否	否	否
无修饰符（包级）	是	是	否	否
protected	是	是	有条件	否
public	是	是	是	是

跨包子类对 protected 实例成员的访问还有“通过哪个接收者访问”的限制，继承章节再结合代码说明。public 也可能受 Java 模块导出规则约束。

顶级类只能声明为 public 或包级；private 和 protected 可用于成员类，不能直接修饰顶级类。

5. 包负责命名与访问边界

package com.atlas.library.model;

public final class Book {
    // ...
}

包声明位于注释和空白之后、import 与类型声明之前。常见构建工具要求目录与包名对应，例如：

src/main/java/com/atlas/library/model/Book.java

使用方可以导入类型：

import com.atlas.library.model.Book;

也可写全限定名。import 只是让源代码使用短名，不会复制类，也不是运行时“加载命令”。默认包不适合正式项目，因为其中类型不能被具名包正常导入。

6. JavaBeans 是约定，不是封装定义

getName()、setName(...) 和布尔 isActive() 是常见 JavaBeans 属性命名。某些框架会使用这些约定，但具体支持构造器、字段、记录类或注解的方式取决于框架版本和配置。

领域对象不必为了看起来像 Bean 而暴露无参构造和所有 setter。先满足对象不变量，再为确实使用的序列化、ORM 或界面绑定工具配置边界。

专业速查

设计问题	优先答案
字段是否公开	默认 private
是否需要 setter	只有业务允许任意替换时才提供
身份字段	构造注入 + final + 只读查询
可变集合 getter	快照、只读视图或领域查询
同包协作	包级成员，谨慎控制包规模
扩展点	protected 需要继承契约，不是“半公开”

离开这一页前

为 ISBN、书名、价格、借阅状态和标签分别决定查询与修改入口；若答案只是“每项加 getter/setter”，对象不变量仍可被绕过。对标签集合还要明确返回快照还是只读视图，并说明元素可变时为何仍是浅层边界。最后区分访问修饰符、包声明与 import 各自负责什么。

→ 下一步：静态成员与类级状态

规范入口：JLS §6.6：访问控制。