整理 Effective Java 書中 Item 15: Minimize the accessibility of classes and members 心得筆記

主旨

在 Java 中設計良好的元件，首要原則是資訊隱藏（information hiding），也稱為封裝（encapsulation）。簡單來說，就是把類別的內部細節封起來，讓外部只能透過定義好的 API 存取必要功能。這可以降低系統各部分之間的耦合，提升開發效率、維護性與模組重用性。

採取「最小存取原則」

一個簡單卻強大的準則是：讓每個類別與成員的可見範圍儘可能小。你應該使用最嚴格的存取修飾詞，只給真正需要的地方使用權限。

Java 四種存取層級由小到大為：

  • private：僅限宣告該成員的類別內使用
  • default（package-private）：不加任何修飾詞，代表只能在同個 package 中使用
  • protected：子類別與同 package 類別可存取
  • public：任何地方都可存取

對類別的建議

  • 頂層類別只能是 public 或 package-private（預設）。
  • 若類別不是給外部使用的，就不要加 public，讓它留在 package 內部。
  • 這樣一來未來你要重構、移除或改名這個類別，都不用擔心破壞其他使用者的程式。
// 不加 public，預設是 package-private
class InternalHelper {
    ...
}
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若某類別只被一個類別使用，還可以進一步做成那個類別的 private static 嵌套類別，進一步隱藏實作細節。

對成員的建議

  • 除了必要的 API 方法外，其他欄位與方法預設都設為 private
  • 只有當同 package 中其他類別需要存取時，才考慮使用 package-private
  • 很少需要使用 protected，因為這會讓成員變成「公開 API」的一部分，未來不能輕易變動

覆寫（override）限制

覆寫父類別方法時，不能縮小可見範圍。例如父類是 public，子類的覆寫方法也必須是 public，否則編譯會出錯。這是為了遵守「里氏替換原則」（Liskov Substitution Principle）。

class Parent {
    public void doSomething() { }
}

class Child extends Parent {
    // 這裡必須是 public
    public void doSomething() { ... }
}
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常見問題：為了測試開放存取

你可能會為了測試方便，想把 private 改成 public。實際上不需要。你可以讓測試類別與被測類別放在同一個 package，就能使用 package-private 層級進行測試。

請不要為了測試，把類別或欄位暴露成整個系統可見。

公開欄位的風險

  • public 欄位幾乎永遠不該出現在 public 類別中
  • 若欄位是可變的，外部可以直接更改內容，會破壞封裝、無法追蹤狀態變化，也無法確保執行緒安全
  • 即使欄位是 final 或指向不可變物件，也會讓你日後難以更換資料結構
// 錯誤範例：公開可變陣列
public static final Thing[] VALUES = { ... }; // 任何人都能改內容！
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正確做法：

方式 1：提供不可變的 List 包裝：

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = { ... };
public static final List<Thing> VALUES =
    Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(PRIVATE_VALUES));
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方式 2：提供複製陣列的方法：

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = { ... };

public static Thing[] values() {
    return PRIVATE_VALUES.clone();
}
Copy

依據使用情境與效能考量來選擇哪種方式較適合。

Java 模組系統（Java 9+）

Java 9 引入模組系統，提供「跨 package 區隔」的額外可見層級。模組的概念像是更高層級的封裝單位，可以讓你指定哪些 package 要暴露給外部、哪些要保留內部使用。

但模組系統目前主要用於 JDK 本身，在一般應用程式開發中採用並不普遍，配置與使用也較為複雜。除非你有明確需求，否則建議先不使用模組系統。

真實世界範例

你維護一個開放 API 的 SDK，如果你貪圖方便把內部類別都設為 public，將來就算想移除也會被使用者卡住。若一開始就設為 package-private，未來只要 API 沒變，用戶端完全不受影響，重構起來輕鬆自在。

小結

封裝不是可有可無的設計細節，而是寫出好程式的基本功。只開放該公開的 API，其他一律鎖起來，才能保持系統彈性、避免未來負債。記住：

  • 先設為 private，必要時才放寬權限
  • 不要讓測試理由成為「全世界都能看到」的藉口
  • public static final 只用來公開不可變常數，不要公開可變結構